Integrierte, hochleistungsfähige, vernetzte Stromversorgungen für die Fabrikautomation

Ziel der Fabrikautomation ist es, durch die Anwendung von Technologie und hochentwickelten Regelungssystemen in einem Fertigungsprozess die Produktivität zu steigern und die Herstellungskosten zu senken. Dabei stützt sie sich auf computergesteuerte Arbeitsstationen, die das Material und die Arbeitsabläufe handhaben, während menschliches Personal nur zur Überwachung, Kontrolle, Einstellung und Wartung benötigt wird. Während viele Technologien zusammenkommen, um dies zu ermöglichen, bilden zuverlässige, effiziente und integrierte Netzteile, die mit Blick auf die Anforderungen der Fabrikautomation entwickelt und hergestellt wurden, die Grundlage.

Die Netzteile der Reihe SITOP von Siemens beispielsweise bietet eine Reihe von Basis-, Standard- und erweiterten Optionen. Im Laufe der Jahre hat sich das moderne Netzteilportfolio des Unternehmens zur ersten Wahl für maximale Zuverlässigkeit und automatisierte Funktionalität entwickelt, einschließlich Effizienz, Kompaktheit, Überlastverhalten und Systemintegration. Die Standardnetzteile der Serie SITOP von Siemens sind für weniger anspruchsvolle industrielle Anwendungen konzipiert, die dennoch Robustheit und umfassende Diagnosen erfordern.

Schauen wir uns die beiden SITOP-Optionen genauer an.

Voll integrierte moderne Netzteile der Advanced-Klasse

Zu den Netzteilen der Advanced-Klasse des SITOP-Stromversorgungssystems von Siemens gehört das Modell 6EP34378MB002CY0, das zur Netzteilserie PSU8600 des Unternehmens gehört. Das 6EP34378MB002CY0 ist ein Netzteil mit vier Ausgängen und 24 Volt (nominal), das auf eine Hutschiene montiert wird. Die Ausgangsspannungspegel sind von 4 bis 28 Volt einstellbar. Jeder Ausgang kann bis zu 10 Ampere (A) liefern, was einer Gesamtausgangsleistung von 960 Watt entspricht. Die Ausgänge 1 und 2 bzw. 3 und 4 können parallel geschaltet werden, um 24 Volt bei 20 A an zwei Ausgängen zu erhalten. Der Eingang ist ein Dreiphasen-Wechselstrom mit einer Spannung zwischen 400 und 500 Volt. Andere Versionen des PSU8600 sind mit ein- oder zweiphasigen Eingängen erhältlich.

Der Gesamtwirkungsgrad des 6EP34378MB002CY0 beträgt 93 %, was zu einem kühlen Betrieb beiträgt. Dies ermöglicht eine passive Kühlung des Netzteils durch natürliche Konvektion. Das Metallgehäuse erfordert keine seitlichen Abstände (Luftstrecken) und nur 50 Millimeter (mm) (1,97 Zoll (in.)) Luftstrecke an seiner Ober- und Unterseite. Es ist für den Betrieb in einem Temperaturbereich von -40 bis +60°C ausgelegt.

Das 6EP34378MB002CY0 ist ein kompaktes System, das nur 125 mm (4,92 in.) breit, 125 mm (4,92 in.) hoch und 150 mm (5,9 in.) tief ist. Die physischen Abmessungen des Grundgeräts ergänzen die anderen PSU8600-Ergänzungsmodule, einschließlich der Module für Stromversorgungserweiterung, Puffer, unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) und Batterien (Abbildung 1).

Abbildung 1: Abgebildet ist eine SITOP-Basisstromversorgung PSU8600 von Siemens mit Erweiterungs- und Zusatzmodulen. Die Abbildung zeigt den System-Clip-Link, der die Module elektrisch miteinander verbindet. (Bildquelle: Siemens)

Sie können das Netzteil PSU8600 mit Hilfe des einzigartigen System-Clip-Links um zusätzliche Module erweitern. Erweiterungsnetzteile fügen zusätzliche Ausgänge bis zu einer maximalen Anzahl von 36 Ausgängen hinzu.

Kurzfristige Stromausfälle können mit Hilfe von Puffermodulen für Zeiträume von 100 Millisekunden (ms) bis 10 Sekunden (s) überbrückt werden, was ausreichend Zeit sein sollte, um Prozesse sicher herunterzufahren. USV- und Batteriemodule bieten eine Notstromversorgung für längere Zeiträume, in der Größenordnung von Stunden.

Alle Erweiterungsmodule sind über den System-Clip-Link, der sowohl die Stromversorgung als auch die Datenübertragung übernimmt, elektrisch mit der Basiseinheit verbunden, wodurch der Bedarf an zusätzlicher Verkabelung minimiert wird.

Die Netzteile der Serie PSU8600 können vollständig in Automatisierungssysteme und das TIA-Portal (Total Integrated Automation) integriert werden (Abbildung 2).

Abbildung 2: Die PSU8600-Komponenten bieten umfassenden Datenaustausch und Integration. (Bildquelle: Siemens)

Das Basisgerät PSU8600 verfügt über zwei PROFINET-Ports. PROFINET steht für Process Field Network und ist ein Datenkommunikationsstandard der Automatisierungsindustrie, der Industrial Ethernet verwendet. Es ist für die Datenerfassung und Steuerung von Geräten in industriellen Systemen konzipiert.

Die Basiseinheit enthält auch OPC-UA, was für Open Platform Communications Unified Architecture steht. Es handelt sich um einen plattformübergreifenden Open-Source-Standard für den Datenaustausch von Sensoren mit Cloud-Anwendungen, der von der OPC Foundation entwickelt wurde. Im Wesentlichen handelt es sich um ein Kommunikationsprotokoll von Maschine zu Maschine, das für die industrielle Automatisierung verwendet wird.

Die Stromversorgung unterstützt SIMATIC WinCC von Siemens, ein Human-Machine-Interface-System (HMI). Siemens liefert eine SITOP-Bibliothek, die dem Anwender Module und grafische Schnittstellen zur direkten Integration in SIMATIC PCS 7 zur Verfügung stellt. Darüber hinaus bietet es mit dem SITOP Manager ein Werkzeug zur Erstkonfiguration (Inbetriebnahme), zur Entwicklung und zur Überwachung von SITOP-Stromversorgungen, das unabhängig von Engineering-Frameworks wie SIMATIC TIA Portal oder SIMATIC PCS 7 ist.

Jedes dieser Systeme kann das PSU8600 überwachen und steuern. Die Ausgangsspannungen können eingestellt oder geändert werden, und der gesamte Betriebszustand sowie Diagnoseinformationen wie Ausgangsströme, Spannungen und Überlast- oder Kurzschlussbedingungen können überwacht werden.

Standard-Netzteile

Die Netzteile der Standardklasse sind kompakt, robust, energieeffizient und lassen sich schnell und einfach installieren. Sie sind für eine breite Palette industrieller Anwendungen mit fester Spannung gedacht, die nicht den gleichen hohen Grad an Kontrolle erfordern wie die Netzteile der Advanced-Klasse. Ihr Schwerpunkt bei der Systemintegration liegt auf Betriebszustand und Diagnose.

Die Siemens-Netzgeräte der Serie PSU6200 bilden zusammen mit ihren Zusatzmodulen das Rückgrat der Netzteile der Standardklasse (Abbildung 3).

Abbildung 3: Abgebildet sind Beispiele für PSU6200-Netzteile, die mit AC- oder DC-Stromquellen und Ausgangsstrombereichen von 1,3 bis 40 A erhältlich sind (Bildquelle: Siemens)

Die Netzteile der Serie PSU6200 verwenden ein ähnliches Hutschienengehäuse, das eine nebeneinander liegende Montage und Konvektionskühlung ermöglicht. Sie sind mit Ausgangsspannungen von 12, 24 oder 48 Volt und Ausgangsstromstärken von 1,3 bis 40 A erhältlich. Die Spezifikationen für einige der am häufigsten verwendeten PSU6200-Netzteile sind in Tabelle 1 zusammengefasst.

Die Verfügbarkeit mehrerer Netzteile mit einer gemeinsamen Spannung und unterschiedlichen Ausgangsstromstärken macht die Aufrüstung auf eine höhere Leistungsstufe sehr einfach. Beachten Sie auch, dass die Quellenspannungen für diese Stromversorgungen einphasig AC oder DC sein können; andere Netzteile der Serie verwenden dreiphasigen AC.

Alle Netzteile der Serie PSU6200 haben einen ausgezeichneten Wirkungsgrad von 95 % oder mehr, wodurch die Wärmeentwicklung reduziert und die Zuverlässigkeit verbessert wird.

Das Basisnetzteil kann durch Zusatzmodule ergänzt werden, darunter Erweiterungs-, Redundanz-, Selektivitäts-, Puffer- und USV-Module (Abbildung 4).

Abbildung 4: Zusatzmodule verbessern die Zuverlässigkeit und Stabilität des Versorgungsbusses bei instabilen Stromquellen und Lasten. (Bildquelle: Siemens)

Erweiterungs-, Puffer- und USV-Module wurden bereits besprochen und erfüllen dieselbe Funktion innerhalb der Standard-Stromversorgungen. Die Redundanzmodule verbinden zwei Stromversorgungen miteinander, so dass bei Ausfall einer Einheit die andere die Versorgung übernimmt und Ausfallzeiten verhindert werden. Das Selektivitätsmodul überwacht die Ströme der einzelnen Busleitungen und schaltet im Falle eines Kurzschlusses oder einer höheren Belastung als erwartet die fehlerhaften Stromkreise ab, um den Ausfall des gesamten Busses zu verhindern.

Die in der Tabelle aufgeführten Netzteile mit einer maximalen Ausgangsleistung von 240 Watt oder mehr sind mit einer aktiven Leistungsfaktorkorrektur (PFC) ausgestattet. Darüber hinaus verfügen sie über ein eingebautes Diagnose-LED-Display und eine Diagnoseschnittstelle zum Anschluss an die Automatisierungssoftware.

Das Diagnose-Display zeigt die wichtigsten Betriebsparameter und den Status an, einschließlich Spannung OK, Stromauslastung und Lebensdauerstatus. Die Diagnoseschnittstelle ist ein serieller Datenbus, der mit einem digitalen Eingang einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) oder einer anderen Automatisierungssoftware verbunden ist. Über den Diagnoseport werden Ausgangsspannung, Laststromstatus, Betriebsstunden und Temperaturstatus sowie der Gerätetyp angezeigt (Abbildung 5).

Abbildung 5: Das Display des Diagnosemonitors (links) und die grafische Schnittstelle für die WinCC-PSU6200-Serie (rechts) zeigen den Stromversorgungsstatus an. (Bildquelle: Siemens)

Fazit

Wie auch immer die Stromversorgung in Ihrer automatisierten Fabrik aussieht, die SITOP-Netzteile und Zusatzgeräte von Siemens unterstützen kritische Produktionsprozesse. Das vollständige und aufeinander abgestimmte Angebot an Stromversorgungsprodukten in Verbindung mit einer einfach zu bedienenden Software garantiert ein zuverlässiges Stromversorgungssystem, das sich leicht in die moderne Fabrik integrieren lässt.