Elektrische Energieverteilung im ‚Internet der Dinge‘

Elektrische Energieverteilung im ‚Internet der Dinge‘

Das Schlagwort Industrie 4.0 ist in aller Munde: Das ‚Internet der Dinge‘ verspricht völlig neue Möglichkeiten in der industriellen Produktion. So sollen künftig z.B. intelligente, mit einem Chip ausgestattete Werkstücke eigenständig ihren Weg durch die Produktion finden oder Maschinen ihren Durchsatz in exakter Abhängigkeit von den aktuell verfügbaren Ressourcen selbst regeln. Fragen nach den technischen Voraussetzungen treten in der öffentlichen Diskussion meist in den Hintergrund: Beispielsweise ist eine konsequent auf die neuen Anforderungen ausgelegte Stromversorgung unerlässlich für zukunftsfähige Produktionsanlagen. Leistungsfähige Kompaktleistungsschalter spielen dabei eine zentrale Rolle.

 Die Kompaktleistungsschalter 3VA unterstützen jeden Schritt von der Planung über die Installation bis zur Wartung. (Bild: Siemens AG)

Die Kompaktleistungsschalter 3VA unterstützen jeden Schritt von der Planung über die Installation bis zur Wartung. (Bild: Siemens AG)

Bei Industrie 4.0 soll es um nicht weniger gehen als um die ‚vierte industrielle Revolution‘: Virtuelle und reale Welt werden in den digitalen Fabriken sukzessive zu einem ‚Internet der Dinge‘ verschmelzen. Die Intelligenz der Fertigung sitzt dann nicht mehr in Steuermodulen und Managementsystemen, sondern direkt in den Maschinen und Produkten, die über eine internetbasierte Dateninfrastruktur miteinander kommunizieren und sich so quasi selbstständig managen und optimieren. Erreicht werden soll dadurch vor allem eine stärkere Individualisierung der Produkte unter den Bedingungen einer hoch flexibilisierten Serien-Produktion.

 Innovative Kompaktleistungsschalter wie die der Reihe 3VA von Siemens erfüllen die anspruchsvollen Anforderungen an eine sichere Energieverteilung in Industrie 4.0-Umgebungen. (Bild: Siemens AG)

Innovative Kompaktleistungsschalter wie die der Reihe 3VA von Siemens erfüllen die anspruchsvollen Anforderungen an eine sichere Energieverteilung in Industrie 4.0-Umgebungen. (Bild: Siemens AG)

Ausfallsichere Produktionsprozesse

Für Industrie 4.0-fähige Komponenten und Systeme bedeutet das: Sie müssen integrationsfähig, kommunikativ, maximal flexibel und ausfallsicher sein. Dies gilt auch für die zugrundliegende Stromverteilung. Wo alles miteinander verknüpft ist, wird die Verfügbarkeit von Anlagen und Komponenten noch wichtiger als bisher schon. Fällt ein einziges Element im Prozess aus, kann unter ungünstigen Umständen das gesamte System Schaden nehmen und die gesamte Produktion steht still. Bezogen auf die Niederspannungs-Energieversorgung können spezielle Schutzvorkehrungen dem entgegenwirken.

Ein integriertes Schutzkonzept für industrielle Anwendungen umfasst ineinandergreifende Komponenten für die durchgängige Absicherung aller Anlagen, Maschinen und Systeme. Das heißt im Einzelnen: Geräte für den Kurzschluss-, Überlast-, Überspannungs-, Brand-, Berührungs-, Halbleiter- und Maschinenschutz. Auch Selektivität erfüllt eine wichtige Funktion des Netzschutzes: Tritt in einem Stromkreis mit mehreren in Reihe geschalteten Überstromschutzeinrichtungen – wie Leistungsschaltern oder Sicherungen – ein Fehler auf, so löst nur ein Gerät aus: dasjenige, das sich unmittelbar vor der Fehlerstelle befindet. Trotz des Fehlers an der einen Stelle läuft die Stromversorgung für die übrige Anlage weiter. Der Fehler lässt sich zudem leichter eingrenzen und schneller beheben.

Kompaktleistungsschalter – wichtigste Schutzkomponente

Darüber hinaus muss die elektrische Energieversorgung hochflexibel auf automatisierte und individualisierte Fertigungsprozesse reagieren können. Wie leistungsfähige Schutzkomponenten die erforderliche Sicherheit und Flexibilität in digitalen Fabriken gewährleisten können, zeigt die neue Kompaktleistungsschalter-Generation von Siemens: der Kompaktleistungsschalter 3VA. Kompaktleistungsschalter zählen schon jetzt zu den wichtigsten Schutzkomponenten. Mehr als 30Mio. werden schätzungsweise weltweit jährlich verbaut, in großen Wohn- und Zweckgebäuden ebenso wie in Fertigungsstätten. Sie schützen Leitungen, Geräte und industrielle Anlagen vor elektrisch verursachten Schäden und Ausfällen, indem sie den Strom bei Störungen wie Kurzschluss und Überlast sicher abschalten.

Daneben übernehmen sie immer mehr andere betriebsrelevante Aufgaben, z.B. die Erfassung von Energiedaten. Sie schaffen somit die im Zeitalter von Industrie 4.0 besonders wichtige Transparenz über alle Verbrauchswerte und Anlagenzustände und so die Grundlage für effiziente, sichere Produktionsprozesse. Kritische Anlagenzustände meldet der Kompaktleistungsschalter 3VA mithilfe der Überstromauslöser, Hilfs- und Alarmschalter an übergeordnete Systeme. Die volle Selektivität der Kompaktleistungsschalter sorgt zudem dafür, dass nur der Anlagenteil abgeschalten wird, der von einer Störung betroffen ist. Ein vollständiger Stillstand der Gesamtanlage wird somit vermieden. Differenzstromschutzgeräte, die zusätzlich an die Kompaktleistungsschalter 3VA angebaut werden können, erfassen durchgehend Fehler- bzw. Differenzströme. Im Fehlerfall schalten sie den Strom sicher ab.

Flexibel einsetzbar

Das Einsatzspektrum der Kompaktleistungsschalter 3VA reicht von Standardanwendungen im Gebäude bis hin zu anspruchsvollen industriellen Anwendungen. Mit mehr als 500 Zubehörteilen können die Schalter bedarfsgerecht konfiguriert und modular um rund 70 Funktionen erweitert werden. Die unterschiedlichsten Aufgaben lassen sich damit erfüllen: Die Kompaktleistungsschalter können z.B. zum Schutz von Generatoren, für den Anlagenschutz oder als Hauptschalter eingesetzt werden. Das interne Zubehör umfasst u.a. Kommunikationsmodule, Hilfs- und Alarmschalter sowie eine Vielzahl von Spannungsauslösern. Durch eine farbliche und mechanische Kodierung der einzelnen Module ist ein fehlerhafter Einsatz von vornherein ausgeschlossen. Sie werden einfach in die dafür vorgesehenen, eindeutig zuordenbaren Zubehörtaschen gesteckt und angeschlossen. Zudem stehen vielseitige, abschließbare manuelle Antriebe inklusive Seitenwanddrehantrieb und ein Motorantrieb zur Fernschaltung des Kompaktleistungsschalters zur Auswahl.

Kommunikationsfähig über Standardprotokolle

Die Kompaktleistungsschalter sind in den zwei Baureihen 3VA1 und 3VA2 erhältlich: Die Geräte der Baureihe 3VA1 sind mit einen Bemessungsstrom bis 160A verfügbar und erfüllen alle Standardaufgaben im Anlagenschutz. Aufgrund der besonders kompakten Bauform sind die Kompaktleistungsschalter prädestiniert für den Einsatz in Installationsverteilern und im Maschinenbau. Die Baureihe 3VA2 ist für Anwendungen mit erhöhten technischen Anforderungen und einem Bemessungsstrom bis zu 630A ausgelegt. In die Kompaktleistungsschalter 3VA2 (ETU850 und ETU860) ist u.a. eine Messfunktion zur Erfassung von Strom, Spannung und Energiewerten integriert.

Auch Schalterzustand, Grenzwerte und Wartungsinformationen können darüber erfasst und über Kommunikationsmodule an übergeordnete Systeme weitergeleitet werden. Der Datentransfer erfolgt über die gängigen Bussysteme Profibus, Profinet und Ethernet (Modbus TCP). Dank der erfassten Energiewerte sowie regelmäßiger Status-, Fehler- und Alarmmeldungen tragen die Kompaktleistungsschalter direkt zu einer höheren Anlagentransparenz und Energieeffizienz bei. Störungen können frühzeitig erkannt und behoben werden.

Einfaches Engineering

Mit der zunehmenden Vernetzung in Industrie 4.0-Umgebungen steigt der Komplexitätsgrad auch beim Engineering. Die Kompaktleistungsschalter 3VA sind konsequent darauf ausgelegt, jeden Prozessschritt von der Planung über die Installation bis zur Wartung zu unterstützen und den Aufwand so auf ein Minimum zu reduzieren. Dazu tragen unter anderem innovative Servicetools im Internet bei: Für die Planung und Projektierung stehen sämtliche technischen Daten zum Download bereit. 12 CAx-Datenarten wie 3D-Modelle oder Eplan Electric P8 Makros lassen sich über den CAx-Download-Manager flexibel zusammenstellen, in wenigen Sekunden abrufen und in alle gängigen Projektierungstools integrieren. Im Vergleich zur manuellen Datensuche spart dies bis zu 80% der benötigten Zeit. Die zentrale Bereitstellung ersetzt auch die manuelle Beschaffung und Erstellung von z.B. 2D-Maßbildern und Anschlussbildern.

Fehler durch eigene manuelle Bearbeitung werden dadurch vermieden. Auch während des laufenden Betriebs können sämtliche technische Informationen online abgerufen werden – direkt vor Ort, etwa bei Wartungsarbeiten. Möglich wird dies durch einen auf den Geräten angebrachten QR-Code. Dieser kann einfach über ein mobiles, Internet-fähiges Endgerät eingescannt werden und führt direkt auf die im Internet hinterlegten relevanten Service- und Support-Daten. Der mobile Schnellzugriff spart nochmals rund 30% der Zeit, die für eine manuelle Suche nötig wäre.

Fazit

Automatisierte und vernetzte Produktionsanlagen der Zukunft, wie sie das Schlagwort Industrie 4.0 beschreibt, stellen neue Anforderungen an die elektrische Energieversorgung. Das gilt insbesondere in Hinblick auf Sicherheit und Flexibilität. Moderne Kompaktleistungsschalter wie die der Reihe 3VA von Siemens zeigen, dass leistungsfähige Niederspannungs-Schutzkomponenten diese Anforderungen erfüllen: Sie lassen sich an alle Anforderungen anpassen. Sie sind kommunikationsfähig und schaffen Transparenz. Sie gewährleisten die notwendige Anlagenverfügbarkeit. Und nicht zuletzt minimieren sie den Engineering-Aufwand. Damit leisten Schutzkomponenten wie die Kompaktleistungsschalter 3VA einen wesentlichen Beitrag zur sicheren und effizienten Umsetzung zukünftiger Industrie 4.0-Szenarien.

Das könnte Sie auch Interessieren

Bild: Maximator Hydrogen GmbH
Bild: Maximator Hydrogen GmbH
Benutzerfreundlich 
und sicher

Benutzerfreundlich und sicher

Für seine neueste Generation von Zapfsäulen suchte Maximator Hydrogen, Thüringer Spezialist im Bau von Wasserstofftankstellen, eine Gehäuselösung, die die vielfältigen Anforderungen hinsichtlich Sicherheit, Design, Langlebigkeit, Installations- und Wartungsfreundlichkeit erfüllt. Fündig wurde man bei der Firma Schimscha, dem Experten für Blechkonstruktionen aus dem Ravenstein-Erlenbach in Baden-Württemberg.

Bild: Weidmüller GmbH & Co. KG
Bild: Weidmüller GmbH & Co. KG
Heimliche Helden

Heimliche Helden

Die Drucker des Elektrotechnik- und Verbindungstechnikunternehmens Weidmüller sind zentrale Elemente beim Schaltanlagenbau der Firma Gormanns mit Sitz in Mönchengladbach. Die Firma hat sich mit 25 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern auf den Bau von Schaltanlagen für Wasserwerke, Kläranlagen und Industriestraßen spezialisiert. Die Bedruckungsgeräte haben sich als wichtige Werkzeuge erwiesen, die den reibungslosen Ablauf der Projekte gewährleisten. Sie ermöglichen eine präzise Kennzeichnung und Beschriftung von Schaltanlagenkomponenten, was die Effizienz und die Qualität der Arbeit signifikant steigert.

Bild: Hilscher Gesell. f. Systemautomation mbH
Bild: Hilscher Gesell. f. Systemautomation mbH
Verdrahtungsaufwand 
im Schaltschrank verringert

Verdrahtungsaufwand im Schaltschrank verringert

Der österreichische Dienstleister DieEntwickler Elektronik ist spezialisiert auf Hard- und Software-Entwicklungen im industriellen Umfeld. Das Unternehmen mit Sitz in Bad Zell legt seinen Fokus dabei auf industrielle Kommunikationssysteme, optische Sensorik und Industrienetzgeräte. Der offizielle Embedded-Integrationspartner von Hilscher unterstützt seine Kunden mit 19 Mitarbeitenden und einer eigenen Prototypenfertigung bei der zeiteffizienten Entwicklung individueller Komponenten. DEE begleitet seine Kunden entlang des gesamten Prozesses – vom Lastenheft bis zur Überführung in die Serienproduktion.

Bild: Efco Electronics GmbH
Bild: Efco Electronics GmbH
Retrofit für komplexere Anlagen – Teil 2

Retrofit für komplexere Anlagen – Teil 2

In Teil 1 (SCHALTSCHRANKBAU 07/2023) der zweiteiligen Serie erläuterte Helmut Artmeier, Geschäftsführer von Efco Electronics in Deggendorf, warum es nicht selten zu Störungen oder gar Ausfällen an Maschinen kommt, die nahezu rund um die Uhr im Einsatz sind. Teil 2 beschreibt nun einfache Maßnahmen, die es ermöglichen, die Lebensdauer eines solchen komplexen Systems zu verlängern.

Bild: Janitza electronics GmbH
Bild: Janitza electronics GmbH
Perspektiven zur CO2-Neutralität

Perspektiven zur CO2-Neutralität

Auch dieses Jahr stand der Janitza Energy Day unter einem branchenübergreifenden Thema, der CO2-Neutralität. Das Format der Hybridveranstaltung mit 80 Gästen im Studio und über 700 weiteren Zuschauerinnen und Zuschauern online wurde beibehalten. Zugleich hat das Janitza-Team Konzept und Inhalte weiterentwickelt. Die Keynote der diesjährigen Veranstaltung am 1. Februar in Dreieich hielt der legendäre Alpinist Reinhold Messner.