Elektrische Energieverteilung Anforderung erfüllt: fehlerfreier Strom für das Internet der Dinge

Autor / Redakteur: Martin Moosburger* / Dipl. -Ing. Ines Stotz

Das Schlagwort Industrie 4.0 und welche Möglichkeiten es für die Produktion der Zukunft verspricht, wird gerade überall heiß diskutiert. Dabei dürfen aber Fragen nach den technischen Voraussetzungen nicht vergessen werden. So spielen etwa „Kompaktleistungsschalter“ für eine konsequent auf die neuen Anforderungen ausgelegte Stromversorgung eine zentrale Rolle.

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

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.

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Ausfallsichere Produktionsprozesse sind ein Muss

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 Geräte-Generation von Siemens: der Kompaktleistungsschalter 3VA.

Solche Schalter zählen schon jetzt zu den wichtigsten Schutzkomponenten. Mehr als 30 Mio. 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, zum Beispiel 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 sorgt zudem dafür, dass nur der Anlagenteil abgeschaltet wird, der von einer Störung betroffen ist. Ein vollständiger Stillstand der Gesamtanlage wird somit vermieden. Differenzstromschutzgeräte, die sich zusätzlich an die Geräte anbauen lassen, erfassen durchgehend Fehler- bzw. Differenzströme. Im Fehlerfall schalten sie den Strom sicher ab.

Flexibel: 500 Zubehörteile und 70 Funktionen mehr

Das Einsatzspektrum der Leistungsschalter reicht von Standardanwendungen im Gebäude bis hin zu anspruchsvollen industriellen Anwendungen. Mit mehr als 500 Zubehörteilen können sie bedarfsgerecht konfiguriert und modular um rund 70 Funktionen erweitert werden.

Die unterschiedlichsten Aufgaben lassen sich damit erfüllen: Die Schalter sind beispielsweise zum Schutz von Generatoren, für den Anlagenschutz oder als Hauptschalter einsetzbar.

Das interne Zubehör umfasst unter anderem 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 160 A verfügbar und erfüllen alle Standardaufgaben im Anlagenschutz. Aufgrund der besonders kompakten Bauform sind sie prädestiniert für den Einsatz in Installationsverteilern und im Maschinenbau.

Die Baureihe 3VA2 ist für Anwendungen mit erhöhten technischen Anforderungen und einem Bemessungsstrom bis zu 630 A ausgelegt. Unter anderem ist 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 und richtig fix

Mit der zunehmenden Vernetzung in Industrie-4.0-Umgebungen steigt der Komplexitätsgrad auch beim Engineering. Die Schalter 3VA sind konsequent darauf ausgelegt, jeden Prozessschritt von der Planung über die Installation bis zur Wartung zu unterstützen und den Aufwand so zu minimieren. Dazu tragen unter anderem 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 Prozent der benötigten Zeit. Die zentrale Bereitstellung ersetzt auch die manuelle Beschaffung und Erstellung von beispielsweise 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 Prozent der Zeit, die für eine manuelle Suche nötig wäre.

SPS IPC Drives: Siemens, Halle 11, Stand 100

* Martin Moosburger, Leiter des Produktmanagements für Kompaktleistungsschalter, Siemens

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