Allrounder-DC-USV-Systeme schützen automatisierte Prozesse
Die Spannung halten
Der wachsende Einsatz von automatisierten und intelligenten Produktionsprozessen mit 12V-, 24V- und 48V-Anwendungen fordert stetig neue Möglichkeiten zum Schutz vor ungewollten Spannungsschwankungen oder -ausfällen. Die Anforderungen an die DC-USV-Systeme auf dem Markt verändern sich.
Um die ordnungsgemäße Versorgung eines Industrie-PCs zu gewährleisten, muss das kontrollierte Herunterfahren ebenso möglich sein wie ein zuverlässiger Neustart.
Um die ordnungsgemäße Versorgung eines Industrie-PCs zu gewährleisten, muss das kontrollierte Herunterfahren ebenso möglich sein wie ein zuverlässiger Neustart. Bild: Block Transformatoren-Elektronik GmbH

Industrie 4.0 hält immer weiter Einzug in die Produktionsprozesse der Unternehmen. Vernetzung und Automatisierung beginnen bereits bei kleinen Anlagen und erstrecken sich bis hin zu ganzen Produktionsstraßen. Anlagen dieser Art befinden sich nicht selten im Dauereinsatz, damit die Unternehmen den größten Nutzen daraus ziehen können. In diesem Fall ist die Garantie eines einsatzfähigen Systems besonders unerlässlich, da unvorhergesehene Spannungsschwankungen oder -ausfälle im Steuerspannungsbereich den Einsatz gefährden können. Dieser Bereich, der oft vernachlässigt wird, ist maßgeblich für die Funktionsfähigkeit der kompletten Anlage verantwortlich. In dieser Spannungsebene befindet sich die gesamte Überwachung und Steuerung, die sich im Falle eines Spannungseinbruchs auf die Einsatzfähigkeit des ganzen Systems auswirkt. Ein kurzer Spannungseinbruch kann von einem Fehler im Produktionsprozess bis hin zum Ausfall der gesamten Anlage führen. Werden hier also keine Schutzmaßnahmen eingeplant, so kann es nicht nur zu einem Produktionsstillstand, sondern auch zum Verlust sensibler Daten führen. Ein solcher Fall würde für jedes Unternehmen weit mehr als nur finanzielle Einbußen bedeuten.

DC-USV-Systeme

Beginnt man nun mit der Auslegung des richtigen USV-Systems zum Schutz seiner Anlage, liegt der erste Ansatz zunächst bei großen Energiespeichern zur Versorgung der AC-Spannung. Doch geht es darum, die in der Industrie üblichen 24VDC Gleichspannung abzusichern, eignen sich DC-USV-Systeme besser, da diese in der Regel einen höheren Wirkungsgrad aufweisen und preiswerter sowie kompakter sind. Somit werden bereits an die heutigen DC-USV-Systeme eine Vielzahl an Anforderungen gestellt, so dass ein innovatives DC-USV-System über eine ganze Auswahl an Überwachungs-, Lade- und Meldesystemen verfügen muss, um auf jede Situation optimal reagieren zu können.

Alles auf einen Blick

Ausgestattet mit einer Kommunikationsschnittstelle, potenzialfreien Meldekontakten und Signal LEDs sind USV-Systeme für eine Einbindung in die heutige Industrie 4.0 bestens vorbereitet. Durch die Verbindung mit einer Steuerung oder einem IPC (Industrie-PC) erhält man mit der richtigen Software und der damit verbundenen Visualisierung ein Condition-Monitoring, mit dem sich alle Spannungen und Ströme in Echtzeit verfolgen lassen. Mit einer entkoppelten USB-Schnittstelle zum Visualisieren und Parametrieren sowie mit bis zu drei frei konfigurierbaren Meldekontakten bieten die Block DC-USV Module hier ein rundes Gesamtpaket. Mit der dazugehörigen UPS Control-Software erhält man eine Übersicht über alle Ströme und Spannungen, die an der USV liegen. Aus diesen Informationen lassen sich die vorhandenen Meldekontakte frei nach den Anforderungen der Anlage konfigurieren. Um die ordnungsgemäße Versorgung eines Industrie-PCs zu gewährleisten, muss das kontrollierte Herunterfahren ebenso möglich sein wie ein zuverlässiger Neustart. Dafür ist es notwendig, die Ausgangsspannung des USV-Moduls gezielt zu unterbrechen, um dem IPC nach dem Shutdown den notwendigen Wiedereinschalt-Impuls auch dann zur Verfügung zu stellen, wenn die Netzspannung wieder vorhanden ist. Alle Block USV-Module unterstützen diese Funktion. Die Software USV-Control visualisiert den Betriebsstatus der Geräte und ermöglicht die einfache Anbindung an einen Industrie-PC.

Bild: Block Transformatoren-Elektronik GmbH

Energiespeicher

Neben den technischen Anforderungen an die Lade- und Kontrolleinheiten ist auch bei der Wahl des richtigen Energiespeichers zur Vervollständigung des USV-Systems einiges zu beachten. Startet man die Suche, stellt man schnell fest, dass man sich bei den gängigsten Energiespeichern, wie Lithium-Ionen (konventionelle Lithium-Ionen-Zellen oder Lithium-Eisen-Phosphat), Blei-Batterien (Standard Blei-Gel-Batterien oder Reinblei-Batterien) und Supercaps (Ultrakondensatoren) wiederfindet. Bei der Auswahl des richtigen Energiespeichers ist nun die Anwendung entscheidend. Die Auswahl einer Basis-USV mit dem richtigen Speicher ist schnell mit Blei-Gel-Batterien oder Lithium-Ionen-Zellen zusammengestellt. Diese Art der Energiespeicher sind mit großen Kapazitäten erhältlich und somit ideal für lange Pufferzeiten geeignet. In Verbindung mit integrierter Intelligenz bieten die Blei-Gel-Batterien der PVAF und PVA-Baureihe von Block von 0,8Ah bis 12Ah eine große Kapazitätsauswahl, mit der sich je nach Belastung Netzausfälle von Minuten bis in den Stundenbereich überbrücken lassen. Technologiebedingt unterliegen Batterien jedoch bezüglich ihrer Lebensdauer bei höheren Temperaturen Beschränkungen, die alternative Ansätze erfordern. Zeichnet sich beispielsweise der Einsatzbereich durch hohe Temperaturen von >40°C oder schwer zugängliche Einsatzorte aus, lohnt sich der Einsatz von Supercaps. Durch die sehr hohe Lebensdauer von über 15 Jahren auch bei Temperaturen von >40°C bietet die kapazitive USV von Block (PC-0424-017-0) ein widerstandsfähiges und langlebiges USV-System. So werden hohe Wartungskosten eliminiert oder zumindest minimiert.

Hohe Lebensdauer durch intelligente Batterie-/Ladesysteme

Um den größten Nutzen aus einem USV-System zu ziehen, ist darauf zu achten, dass die USV-Einheit und die Energiespeicher miteinander kommunizieren können. Wählt man eine intelligente Lade- und Kontrolleinheit wie die PC-0524-400-0 in Verbindung mit den Batteriemodulen der PVAF- oder PVA-Baureihe, ermöglicht dies, das Maximum aus dem USV-System herauszuholen. Durch das intelligente System werden alle Informationen aus den Batteriemodulen an die USV weitergeleitet. Dies ermöglicht es nicht nur für jeden Betriebszustand ein entsprechendes Ladeverhalten zur Verlängerung der Batterielebensdauer einzusetzen, sondern auch rechtzeitig über das Lebensdauerende informiert zu werden. Die Anlage bleibt so durch einen frühzeitigen Wechsel der Batteriemodule, der beispielsweise im Rahmen einer ohnehin anstehenden Wartung durchgeführt werden kann, immer geschützt.

Versorgung eines Industrie-PCs

Einer der Hauptgründe für ein DC-USV-System ist die Absicherung eines Industrie-PCs. Hierbei ist es nicht nur wichtig eine ausreichende Versorgung zu gewährleisten, sondern den Industrie-PC auch ordnungsgemäß herunterzufahren. Mit dem IPC-Shutdown Mode der Block DC-USVen, ermöglichen die Lade-und Kontrolleinheit (PC-0524-400-0) und die kapazitive USV (PC-0424-017-0) das sichere Herunterfahren eines IPCs. Wird ein Spannungseinbruch detektiert, wird nach einer zeitlichen Abfolge zunächst auf das Wiederkehren der Versorgung gewartet. Geschieht dies nicht, sendet die USV mithilfe ihrer potenzialfreien Meldekontakte ein Signal zum IPC, um diesen sicher herunterzufahren. Kehrt die Versorgung nach Herunterfahren des IPCs wieder, wird dieser durch ein erneutes Signal hochgefahren, ohne dass er manuell neu gestartet werden muss. So lässt sich auch nach längerer Pause der Produktionsprozess reibungslos wiederaufnehmen.

Block Transformatoren-Elektronik GmbH

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