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Sitop UPS1600 ist die erste unterbrechungsfreie 24-V-Gleichstromversorgung mit integrierten Industrial-Ethernet-/Profinet-Schnittstellen Bild: Siemens
DC-USV

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Netzausfall einfacher managen

Text: Peter Hager, Siemens
Eine direkt in vernetzte Automatisierungslösungen integrierbare unterbrechungsfreie 24-Volt-Gleichstromversorgung erfüllt mit erweiterter Datendurchgängigkeit und Transparenz alle Voraussetzungen für effizientes Engineering und dauerhaft zuverlässigen Betrieb. Eine zusätzliche Zwei-Draht-Verbindung ermöglicht intelligentes Batteriemanagement für eine längere Akku-Lebensdauer.

Ein Netzausfall kann bei Maschinen und Anlagen zu ­Datenverlust oder gar Produktionsstillstand führen. Um 24-V-Verbraucher wie Steuerungen oder PCs netzeingangsseitig vor Unterbrechungen oder Ausfällen zu schützen, werden häufig unterbrechungsfreie Gleichstromversorgungen (DC-USV) eingesetzt. Diese wurden bislang meist über Meldekontakte in die Applikation eingebunden, was zusätzlichen Engineering- und Verdrahtungsaufwand bedeutete. Detailliertere Betriebs- und Diagnosedaten der DC-USV konnten damit nicht erfasst und ausgewertet werden.

Erweiterte Möglichkeiten hierfür offeriert die DC-USV-Systemlösung Sitop UPS1600 von Siemens, deren Grundgeräte und Energiespeicher für die zuverlässige Pufferung bis zu mehreren Stunden ausgelegt sind. Die Grundgeräte mit Nennströmen von derzeit 10 und 20 A und einer dynamischen Überlastfähigkeit bis zum 3-fachen Nennstrom über 30 ms beziehungsweise bis zum 1,5-fachen Nennstrom über 500 ms pro Minute erfüllen die Anforderungen der 24-V-Versorgung speicherprogrammierbarer Steuerungen (SPS) und von Industrie-PCs, da sie auch im Pufferbetrieb hohe Einschaltströme zulassen. Abgestimmt auf die Grundgeräte gibt es derzeit Batteriemodule mit wartungsfreien Blei-Gel-Akkus mit Kapazitäten von 1,2, 3,2 und 7 Ah. Diese sind aufgrund hoher Ladeströme von 3 A beziehungsweise 4 A nach einem Netzausfall in kürzester Zeit erneut pufferbereit. Für den Einsatz im Inselbetrieb kann die neue DC-USV ohne Eingangsspannung aus der Batterie aktiviert werden, um etwa über eine direkt versorgte Steuerung einen Generator zu starten.

Intelligentes Batteriemanagement

Mittels Energy Storage Link – einer zusätzlichen Zwei-Draht-Verbindung zwischen dem Grundgerät und den codierten Batteriemodulen – erkennt und verwaltet ein Grundgerät automatisch bis zu sechs Batteriemodule und wählt dafür die bestmögliche, temperaturgeführte Ladekennlinie aus, was zu einer verlängerten Lebensdauer der Batteriemodule beiträgt. Über diese Verbindung überwacht das Grundgerät zudem die Betriebsbereitschaft sowie die Zuleitung auf Drahtbruch und den Ladezustand auf Spannung, Strom und Restkapazität der Akkus.

Im Intervall von vier Stunden führt die DC-USV automatisch einen Test mit definierter Belastung durch. Darüber hinaus kann der Anwender einen vollständigen Test parametrieren, dafür ein Intervall von einem Tag bis zu mehreren ­Wochen einstellen. Die regelmäßigen Kontrollen stellen die zuverlässige Funktion und damit die Verfügbarkeit der Batteriemodule sicher. Akkus anderer Baureihen und ­Hersteller sind einsetzbar, dabei sind jedoch die Diagnosefunktionen eingeschränkt und ein temperaturgeführtes Laden nicht ­möglich.

Transparenz ist die Basis für Effizienz

Eine weitere wesentliche Neuerung der Systemlösung ist, dass Betriebs- und Diagnosedaten umfangreicher und einfacher nutzbar sind. Diese können nun erstmals über zwei integrierte Industrial-Ethernet-/Profinet-Ports übertragen und extern visualisiert oder weiterverarbeitet werden – alternativ zur USB-Verbindung. Autorisierte Anwender können über einen integrierten Web-Server relevante Daten auch aus der Ferne via Webbrowser auslesen, ohne weitere Software-Installation auf dem Remote-System. Der Web-Server ist im Auslieferungszustand deaktiviert und schreibende Eingriffe sind auf diesem Weg aus Sicherheitsgründen generell unterbunden.

Vollen Zugriff erschließt ein, auf Windows XP- und Windows-7-Systemen (32 und 64 Bit) lauffähiges Softwaretool. Mit dem UPS-Manager (Uninterruptible Power Supply) lässt sich die gesamte DC-USV-Installation einfach und komfortabel per PC konfigurieren und überwachen. Das Tool unterstützt vielfältige Möglichkeiten zur Visualisierung von Betriebs- und Diagnoseinformationen – etwa in Form von Alarmlisten oder übersichtlichen Trenddiagrammen, die auf einen Blick zum Beispiel den zeitlichen Verlauf von Ladespannung oder Laststrom der DC-USV zeigen.

PCs im Netzwerk puffern

Mit der via Ethernet in ein Netzwerk eingebundenen DC-USV lassen sich auch mehrere vernetzte Industrie-PCs vor Netzausfall absichern. Bei einem Stromausfall können im Master-Slave-Modus bis zu acht PCs kontrolliert heruntergefahren oder in einen definierten Ruhezustand gebracht werden. Desweiteren lassen sich Software-Programme gezielt in einer vorgebbaren Reihenfolge beenden. Damit verhindert die DC-USV Datenverluste oder Schäden an Werkstücken, Produkten und Anlagen sowie daraus resultierende Folgekosten. Die Daten lassen sich auch zur späteren Analyse archivieren.

Integriertes Engineering

Die DC-USV ist zudem vollständig in die durchgängige Automatisierungsarchitektur Totally Integrated Automation eingebunden. Die Projektierung im Engineering Framework „TIA Portal“ reduziert sich auf wenige Mausklicks. Im Hardware-Katalog können die USV-Module direkt ausgewählt und in die grafische Netzwerkdarstellung übernommen werden. Die Einbindung in Profinet erfolgt schnell und fehlerfrei durch einfaches Ziehen von Verbindungen mit der Maus zu den jeweiligen Netzwerkteilnehmern.

In der Geräteansicht wählt der Projekteur dann die gewünschten Batteriemodule per Drag-and-Drop aus und parametriert die Zuschaltschwelle der Pufferspannung oder die Diagnosemeldungen. 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 standardisierte Funktionsbausteine für sein Steuerungs-Portfolio Simatic S7-300/-400/-1200 und -1500 zur Verfügung, die unter anderem die USV-relevanten Diagnoseinformationen in die zentrale Systemdiagnose übergeben. Über die Profinet-Kommunikation im Automatisierungsnetzwerk lassen sich bei einem Stromausfall Steuerungen, PCs oder Bediengeräte auch unabhängig voneinander durch die DC-USV absichern und in einen definierten Zustand bringen.

Mittels Bildbausteinen visualisieren

Darüber hinaus gibt es vorgefertigte, ebenfalls kostenfreie UPS-Faceplates (Bildbausteine) in mehreren Sprachen für Operator-Panels beziehungsweise Industrie-PCs, womit sich Betriebs- und Diagnosedaten auf unterschiedlichen Zielsystemen visualisieren lassen. So werden sämtliche Alarmmeldungen automatisch generiert und an die Faceplates übergeben und müssen nicht mehr händisch programmiert werden. Das spart Engineering-Zeit und reduziert Fehlermöglichkeiten – führt also schneller zur lauffähigen Lösung.

Für Anwendungen ohne Netzwerkanbindung gibt es auch Gerätevarianten mit USB-Schnittstelle oder digitalen Ein-/Ausgängen. Die Zusammenstellung der geeigneten DC-USV-Komponenten erleichtert ein Auswahl-Tool im Internet.

Konfigurierbare Systemlösung

Die erste, direkt in vernetzte Automatisierungslösungen integrierbare DC-USV macht das Engineering einfacher, komfortabler und somit effizienter. Die Systemlösung stellt Betriebs- und Diagnoseinformationen im Netzwerk zur Verfügung, trägt mit individuell konfigurierbaren Abschaltszenarien und intelligentem Batteriemanagement zu einer hohen Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit der gesamten Applikation bei.

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