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Universallösung für alle Automatisierungsanwendungen Stromversorgungen mit OPC UA

24.05.2017

Neben der Kommunikationsfähigkeit rücken auch der Energiebedarf und das Energiemanagement von Komponenten zunehmend in den Fokus. Mit einer intelligenten Stromversorgung, die erstmals auch über OPC UA kommunizieren kann, sind die Verbrauchswerte herstellerunabhängig in Automatisierungsnetzwerke und Cloud-Lösungen integrierbar.

Die große Bedeutung der OPC UA-Kommunikation wird durch folgende Zahlen sichtbar: Mehr als 35.000 Produkte von mehr als 4.200 Anbietern sind in mehr als 17 Millionen OPC UA-Applikationen implementiert. Dieser Standard hat sich durchgesetzt. Auch Siemens bietet dieses Protokoll außer für die Sitop Stromversorgungen beispielsweise für die Simatic-Steuerungen, für die Simatic NET-Kommunikationskomponenten, die Simatic HMI-Soft- und Hardware und für die Sinumerik CNC-Systeme an. Die OPC Foundation gewährleistet, dass der Standard weiterentwickelt, aber auch von den Anbietern eingehalten wird.

OPC bietet hohe Datensicherheit, die durch Authentifizierung, Autorisierung, Verschlüsselung und Datenintegrität mit nutzerspezifischem Zertifikatsaustausch gewährleistet wird. Somit ist OPC UA eine sichere Datenübertragung, die vor Manipulation geschützt ist. Der Datenaustausch erfolgt direkt zwischen den beteiligten Modulen innerhalb der Automatisierungsanlage – ohne Beachtung hierarchischer Strukturen. Somit läuft die Kommunikation ohne Flaschenhals und damit sehr schnell.

Industrie 4.0 und Energiemanagement

Im Zeitalter von Industrie 4.0 und Internet of Things ist ein offener Kommunikationsstandard essentiell, da der Datenaustausch zwischen allen beteiligten Systemen einer Anlage die Basis für die Automatisierung der Zukunft darstellt. Auch das Energiemanagement bleibt beim Anlagenbau im Fokus – Energieeinsparungen stehen ganz oben auf der Wunschliste. Um zu erkennen, wo Einsparungen möglich sind, erfolgt die Energiemessung direkt am Verbraucher.

Und hier kommen die kommunikationsfähigen Sitop-Stromversorgungen zum Zuge: Selbst im 24-V-Bereich ermöglichen die Systeme auf einfache Art und Weise eine exakte Angabe des momentanen Energieverbrauchs. Diesen auszulesen ermöglicht bisher die Profinet-Kommunikation, die von den Sitop-Geräten unterstützt wird. Erfolgt die Anlagenkommunikation über OPC UA, so kann jetzt erstmalig eine Stromversorgung in diese herstellerunabhängige, offene Kommunikation eingebunden werden.

OPC UA-fähiges Stromversorgungssystem

Das Sitop-Stromversorgungssystem PSU8600 ist besonders für den Einsatz als zentrale Gleichstromversorgung von größeren Anlagen oder Maschinen mit vernetzten Automatisierungssystemen geeignet. Neben der neuen OPC UA-Kommunikationsfähigkeit für die nahtlose Integration in die Anlage erschließen auch innovative Leistungsmerkmale neue Einsatzfelder: Die kompakten Grundgeräte mit einem Wirkungsgrad von bis zu 94 Prozent beinhalten einen oder vier Ausgänge, die selektiv auf Überstrom überwacht werden. Das spart Platz und Verdrahtungsaufwand. Jeder Ausgang lässt sich auf 5 bis 28 V einstellen, sogar dynamisch im Betrieb. Erweiterungen aus dem modularen Systembaukasten – bis zu 20 DC-Ausgängen mit integriertem Überlastschutz oder zur Pufferung von Netzausfällen bis zu 20 s bei 40 A – sind je nach Anforderung möglich. Über den „System Clip Link“ sind die Module ohne zusätzliche Verdrahtung anschließbar.

Kommunikation schafft Transparenz

Das Stromversorgungssystem stellt für jeden DC-Ausgang dessen aktuelle Strom- und Spannungswerte zur Verfügung. Damit können beispielsweise in einem Energiemanagementsystem auch die Gleichstromverbraucher ausgewertet werden. Aus der aktuellen Stromverbrauchsermittlung können zudem kontinuierliche oder sich häufende Überlastzustände erkannt, aber auch kurzzeitige Netzausfälle zur Analyse der Netzqualität herangezogen werden. Eine Vorwarnung zur Systemüberlast kann ebenfalls aus den gemessenen Werten abgeleitet werden. Informationen werden nicht nur aus der Stromversorgung an die Steuerung gesendet. Auch der umgekehrte Weg funktioniert: beispielsweise zu versorgende Lüfter können über die variablen Stromversorgungsausgänge gesteuert, das heißt mit unterschiedlichen Spannungen versorgt werden. Und die dafür jeweils benötigten Parameter werden von einem OPC UA-Client, wie einer Steuerung oder einem PC, an die Stromversorgung gemeldet. Ebenso ist das gezielte Abschalten von einzelnen Ausgängen möglich, beispielsweise im Servicefall oder zur Energieeinsparung in Pausenzeiten. Neben dem Auslesen von Diagnosedaten können somit auch Einstellungen in den Stromversorgungen über das OPC UA-Protokoll vorgenommen werden.

OPC UA-fähige USV

Die unterbrechungsfreie Stromversorgung UPS1600 eignet sich vor allen Dingen für die 24-V-Versorgung von SPS- und PC-basierten Automatisierungslösungen, die vor Netz­ausfall geschützt werden sollen. Die Module ermöglichen diesen Schutz durch die zuverlässige Pufferung von 24 Volt vom Sekunden- bis hin in den Stundenbereich. Darüber hinaus bieten sie einzigartige Möglichkeiten bei der Diagnose und der Systemintegration. Denn die Sitop UPS1600 kommuniziert über Ethernet/Profinet und sie ist die erste USV, die auch die offene Kommunikation über OPC UA unterstützt. Die USV-Module ergänzen 24-V-Netzgeräte von Sitop für unterbrechungsfreie Nennströme bis 40 A aus den Batteriemodulen UPS1100, die auf wartungsfreien Blei-Akkus, temperaturunempfindlichen Reinblei-Akkus oder langlebigen Lithium-Eisenphosphat-Akkus basieren. Über die integrierte Elektronik erkennt die UPS1600 automatisch den Batterietyp und lädt ihn mit der optimalen temperaturgeführten Ladekennlinie. Das intelligente Batteriemanagement überwacht alle relevanten Daten, auch von parallel geschalteten Batteriemodulen.

Optimale Maintenance-Unterstützung

Durch die laufende Überwachung und Bereitstellung von Daten, wie Spannung, Strom, Betriebsbereitschaft und Batterieladezustand kann eine Steuerung oder ein PC jederzeit auf eventuell auftretende Störungen reagieren und bei Stromausfall gepuffert werden. Bei längeren Netzausfällen lässt sich ein gezieltes Herunterfahren der angebundenen PCs durchführen, um kritische Prozesse und Daten in einen stabilen und sicheren Stand zu bringen. Ebenso wird der Alterungszustand eines Energiespeichers erkannt und der präventive Tausch eines Batteriemoduls signalisiert.

Die Steuerung ist auch in der Lage, die unterbrechungsfreie Stromversorgung über die OPC UA-Kommunikation zu parametrieren und zu überwachen. Dazu gehört beispielsweise, den Spannungsschwellwert, ab dem die Pufferung beginnen soll, die Pufferzeit und die Entladeschlussspannung, ab der die Pufferung enden soll, programmgesteuert in der UPS1600 einzustellen.

Vielfältige Einsatzmöglichkeiten

Die Siemens-Lösungen zur Integration der Stromversorgungen über OPC UA in Automatisierungsanlagen sind branchenübergreifend einsetzbar. Ob in der Fertigungsautomatisierung, der Gebäudeautomatisierung oder in der Prozessindustrie: bei Anlagen mit offener Kommunikation und Anforderungen an die Überwachung, Steuerung oder an die Pufferung der 24 V-Versorgung gewährleisten die Stromversorgungen eine zuverlässige Energieversorgung.

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