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Lasten in verschiedenen Netzen

Text: Wolfgang Horrig, EA; Jochen Harlacher, HMS FotoS: Philartphace, HMS
Mit dem Einsatz von elektronischen Lasten können Hersteller und Entwickler von Stromversorgungen und Energiespeichern die Umweltbilanz erhöhen und Kosten sparen. Durch flexible Schnittstellen werden die Lasten in verschiedene industrielle Netzwerke eingebunden.

In der industriellen Kommunikation gibt es unterschiedliche Feldbusse und Industrial-Ethernet-Netzwerke, in die elektronische Lasten, wie die ELR 9000 von EA-Elektro-Automatik eingebunden werden müssen. Eine einfache und flexible Lösung, um eine Kommunikationsschnittstelle für mehrere industrielle Netzwerke zu realisieren, sind die Kommunikationsmodule Anybus CompactCom von HMS Industrial Networks. Für diese Lösung hat sich auch EA-Elektro-Automatik entschieden.

Integration in industrielle Netzwerke

Durch den Einsatz von Anybus CompactCom können die elektronischen Lasten in verschiedenen Netzwerken wie Profibus, Profinet, CANopen oder Devicenet eingebunden werden. Die Kommunikationsmodule sind steckbare Busschnittstellen mit Slave-Funktion. Alle Module haben dasselbe Format. Auch die Hard- und Software-Schnittstelle zur elektronischen Last ist immer identisch. Damit reduziert sich die Feldbusproblematik auf eine reine Bestückungsoption. EA-Elektro-Automatik kann seinen Kunden die elektronischen Lasten mit Kommunikationsschnittstellen anbieten, ohne sich mit den Bits und Bytes der einzelnen Kommunikationsprotokolle auseinandersetzen zu müssen. Das Kommunikationsmodul übernimmt die vollständige Bearbeitung des jeweiligen Kommunikationsprotokolls. HMS Industrial Networks erweitert seine Produktpalette kontinuierlich um neue Modulvarianten für weitere industrielle Netzwerke. Generell bieten flexible Kommunikationsschnittstellen viele Vorteile, die sich verglichen mit der herkömmlichen Parallelverdrahtung nicht nur auf den geringeren Verkabelungsaufwand beschränken. Durch die Integration der elektronischen Lasten in das übergeordnete industrielle Netzwerk sind aktuelle Daten für Spannung, Strom und Leistung auch auf Leitebene jederzeit verfügbar. Der gesamte Prozess und alle damit verbundenen Daten und Parameter unterliegen der vollständigen Kontrolle durch die Anlagen-SPS. Zur Kommunikationseinheit der elektronischen Last, die als Zentrale zwischen Lastmodul, Bedienteil und Außenwelt dient, gehören standardmäßig ein USB-Anschluss, eine analoge Schnittstelle und ein Master-Slave Port. So kann man die Geräte ohne weitere Optionen sowohl digital als auch analog fern bedienen und überwachen. Immer, wenn die elektronische Last in andere industrielle Netzwerke einzubinden ist, wird einfach ein Kommunikationsmodul von HMS in den dafür vorgesehenen Steckplatz gesteckt.

Energie einsparen

Um Stromversorgungen, Energiespeicher oder elektronische Komponenten auf Funktion, Leistung und Parameter zu prüfen, bedient man sich elektronischer Lasten. So können Spannung, Strom, Widerstand und Leistung eingestellt und geregelt werden. Dadurch wird ein nachvollziehbarer Prüfprozess ermöglicht und gewährleistet. Bei den üblicherweise verwendeten elektronischen Lasten wird der gewünschte Strom über Leistungshalbleiter geführt und geregelt. Die Leistung wird dabei in den Leistungshalbleitern zu 100 Prozent in Wärme umgesetzt, was eine aufwendige Kühlung nach sich zieht. Dadurch fallen laufende Kosten für Energie, Wartung und den benötigten Raum an, aber auch Anschaffungskosten für Lasten und Klimatisierung. Mit den elektronischen Lasten der Serie ELR 9000 von EA-Elektro-Automatik lassen sich Kosten senken. Da die für die Prüfung benötigte Leistung bis zu 95 Prozent über einen Inverter mit PFC sinusförmig ins Netz zurückgeführt wird, entsteht nur noch wenig Abwärme. Klimageräte sind daher nicht mehr nötig und auch hohe Energiekosten entfallen.

Last mit Netzrückspeisung

Für einen Burn-In Test sollen Stromversorgungen für ein Funknetz geprüft werden. Die 3-kW-Netzteile mit 56 V Ausgangsspannung werden über einen Zeitraum von zwei Stunden mit 53,5 A geprüft. An einem 8-Stunden-Tag wird also eine Leistung von 24 kWh benötigt. Bei der Last mit Netzrückspeisung wird diese Leistung zu mindestens 90 Prozent ins Netz zurück gespeist. Durch diese hohe Einsparung amortisiert sich eine netzrückspeisende Last gegenüber einer herkömmlichen Last in sehr kurzer Zeit, ohne das Einsparpotential für eine Klimatisierung zu berücksichtigen. Die Rechnung geht sogar auf, wenn eine herkömmliche Last gegen eine Last mit Netzrückspeisung ersetzt werden würde.

Breites Einsatzspektrum

Die rückspeisenden Lasten der Serie ELR 9000 sind mit ihrer Modularität so konzipiert, dass sie ein breites Einsatzspektrum bedienen können. Der Eingang der Last arbeitet galvanisch getrennt bereits ab 0 V, steigt dann linear an und kann ab etwa einem Prozent der Nennspannung den vollen Strom aufnehmen. Mit der Leistungshyperbel können hohe Ströme und Spannungen flexibel zur Leistung verarbeitet werden. So kann der Anwender für unterschiedliche Anforderungen an Spannung und Strom ein Gerät einsetzen. Bei größerem Leistungsbedarf können über einen Master-Slave-Bus bis zu 16 Geräte parallel geschaltet werden. Mit dem Mastergerät kann die Gesamtanlage über das HMI, eine analoge oder eine digitale Schnittstelle gesteuert und überwacht werden. Die Performance der Lasten lässt nicht nur statische, sondern auch dynamische Lastprofile zu. Für spezielle Anwendungen steht eine von einem FPGA geregelte Einheit zur Verfügung.

Neues Bedienkonzept

Das Berechnungsprogramm oder auch der Funktionsgenerator sind im HMI mit großem Grafikdisplay per Touchscreen zu bedienen. Mit wenigen Berührungen können Parameter ausgewählt und dann die Werte über Encoder oder numerisch eingegeben werden. Im Display sind die aktuellen Werte für Spannung, Strom und Leistung angeordnet. Gleichzeitig hat der User den Überblick über die eingestellten Sollwerte, dem aktuellen Regelmodus, anstehende Alarme oder Warnungen und den Zustand des Ausgangs. Ist das Gerät im Remote-Betrieb, wird im Display angezeigt, über welche Schnittstelle es gerade gesteuert wird. Im Funktionsgenerator sind Kurven wie Sinus, Dreieck oder Rechteck nach DIN 40839 hinterlegt. Ein Pulsbetrieb mit einstellbaren Flanken eignet sich sowohl zum Testen von Netzteilen als auch zum Nachbilden elektrischer Antriebe. Im Arbiträrmodus können bis zu 96 Sequenzen programmiert werden um eigene Signalformen zu erzeugen. Weiterhin ist es möglich, frei programmierbare Tabellen mit 4096 Spannungs- und Stromwerten zu laden und auch abzuspeichern. Die Signale lassen sich für jeden Regelmodus programmieren. Weitere Parameter sind konfigurierbar. Die Lasten sind in einem 3HE hohen und 600mm tiefen 19"-Gehäuse untergebracht. Auf der Vorderseite sind der Netzschalter, das HMI, sowie die Lüftungsöffnungen angeordnet. Auf der Rückseite befinden sich weitere Anschlüsse für Netzeingang, Leistungseingang sowie für digitale und analoge Schnittstellen. Auch die RJ45-Buchsen für den Master-Slave-Bus befinden sich hier.

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