Verbrauchsmessung Ins Netzwerk eingebunde Messmodule analysieren den Energiefluss

Autor / Redakteur: Ulrich Hoppe / Reinhard Kluger

Der sparsame Umgang mit Energie schont die endlichen Ressourcen und schützt die Umwelt. Im Zuge ständig steigender Energiepreise ist die Reduzierung des Verbrauchs zudem zu einem Wettbewerbsfaktor im produzierenden Gewerbe geworden. Um energieeffiziente Komponenten und Applikationen umsetzen zu können, muss der Energieverbrauch transparent gemacht werden.

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Die Produktfamilie EMpro umfasst derzeit drei Energiemessgeräte für unterschiedliche Anforderungsbereiche Bilder: Phoenix Contact
Die Produktfamilie EMpro umfasst derzeit drei Energiemessgeräte für unterschiedliche Anforderungsbereiche Bilder: Phoenix Contact
( Archiv: Vogel Business Media )

Grundlage dafür ist die kontinuierliche Erfassung, Aufzeichnung und Analyse der Energieflüsse. Aus der Auswertung der aufgenommenen Daten werden dann Maßnahmen zur energetischen Optimierung von Prozessen abgeleitet. Ein effizientes Energiemanagement basiert somit auf der Ermittlung der elektrischen Kenngrößen, die in den unterschiedlichen Maschinen- und Anlagenebenen anfallen. Für die Messwerterfassung bietet Phoenix Contact eine komplette Gerätefamilie an. Die EMpro-Energiemessgeräte erfassen und überwachen alle elektrischen Kenngrößen der Maschinen und Anlagen. Über steckbare Kommunikationsmodule werden sie in die unterschiedlichen Netzwerkstrukturen und Feldbussysteme integriert. Auf diese Weise stehen sämtliche Messwerte sowohl zentral als auch vor Ort zur Verfügung. Steckbare Funktionsmodule erlauben die Anpassung der EMpro-Geräte an geänderte oder neue Applikationsanforderungen. Dabei werden alle elektrischen Parameter wie Ströme, Spannungen, Leistungen und Leistungsfaktoren gemessen sowie der Energieverbrauch gezählt. Außerdem analysieren die Messgeräte die Kennwerte zur Beurteilung der Netzqualität, beispielsweise die Netzfrequenz sowie den Oberschwingungsanteil der Spannungen und Ströme.

Direkter Messwertzugriff, einfache Konfiguration

Über beschriftete Drucktaster erhält der Anwender einen schnellen Zugriff auf die aufgenommenen Messwerte, ohne langwierig in der Menüstruktur blättern zu müssen. Im Konfigurationsmodus kann er mit den gleichen Drucktastern vor Ort eine menügeführte Gerätekonfiguration durchführen. Dazu gilt die Beschriftung unterhalb der Drucktaster. Ist der Funktionsumfang des Gerätes durch zusätzliche Module ausgebaut worden, erweitert sich das Konfigurationsmenü automatisch. Der Anwender kann die neue Funktion oder Kommunikationsoption also über das Messgerät konfigurieren. Einen besonderen Nutzen eröffnet die Ethernet-Anbindung. Da ein Webserver in das Ethernet-Modul eingebaut wurde, ist die Messwertabfrage sowie die Gerätekonfiguration vom Büro-PC aus möglich. Eine besondere Software wird nicht benötigt.

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Skalierbares Produktprogramm

Die EMpro-Familie besteht derzeit aus drei Messgeräten. Bei der Variante EEM-MA250 handelt es sich um ein kompaktes, tragschienenmontables Gerät, das im Schaltschrank direkt an der Maschine installiert wird. Seine maximale Messspannung beträgt 500 V AC. Das EEM-MA250 verfügt über eine RS485-Schnittstelle, ist in der Version EEM-MA200 aber auch ohne Kommunikations-Interface erhältlich. Der integrierte digitale Ausgang kann entweder als Alarm bei der Schwellwertüberschreitung eines elektrischen Parameters oder als Impulsausgang bei der Wirk- oder Blindenergiemessung konfiguriert werden. Das Gerät umfasst einen Zweitarifzähler, der über einen externen Kontakt geschaltet wird. Die Oberschwingungen werden bis zur 51. Harmonischen erfasst.

Als Universal-Messgerät für den Fronttafeleinbau eignet sich das EEM-MA400 für Standard-Messaufgaben bis zu einer Messspannung von 500 V AC. Das Gerät, das die Oberschwingungen bis zur 51. Harmonischen aufnimmt, lässt sich um ein RS485-Kommunikationsmodul ausbauen.

Mit dem EEM-MA600 ist eine Spannungsmessung ohne Wandler bis 700 V AC realisierbar. Es erfasst die Oberschwingungen bis zur 63. Harmonischen und kann eine Oberschwingungs-Analyse ausführen. Aufgrund der Erweiterbarkeit durch ein RS485-, Profibus- oder Ethernet-Kommunikationsmodul fügt sich das EEM-MA600 flexibel in unterschiedliche Kommunikationsstrukturen ein.

Programm mit zahlreichen Funktionserweiterungen

Darüber hinaus bietet Phoenix Contact ein Gateway-Modul für das EEM-MA600 an. So wird das Messgerät direkt mit dem Ethernet-Netzwerk verbunden und fungiert dort als Master. Über die RS485-Schnittstelle lassen sich bis zu 246 Slaves – EEM-MA250 oder EEM-MA400 – an den Master ankoppeln. Der in das Erweiterungsmodul eingebaute Webserver erlaubt die Abfrage und Konfiguration sowohl des Masters als auch der Slaves.

Zusätzliche Funktionsmodule erhöhen den Leistungsumfang des EEM-MA600 weiter. Dazu zählen ein digitales Ein-/Ausgabemodul, ein Modul mit Analogausgängen sowie ein Temperatur- und ein Speichermodul. Das digitale Erweiterungsmodul EEM-2DIO-MA600 beinhaltet je zwei digitale Ein- und Ausgänge. Während die Eingänge als Impulszähler genutzt werden können, lassen sich jetzt die Ausgänge als Schwellwertschalter für jeden der gemessenen Parameter konfigurieren.

Mit dem analogen Ausgangsmodul EEM-2AO-MA600 werden die erfassten Parameter als Normsignal 0-20 mA oder 4-20 mA ausgegeben. Das Temperaturmodul EEM-TEMP-MA600 ermöglicht den Anschluss von maximal drei PT100-Temperatursensoren in Zwei-, Drei- oder Vier-Leiterschaltung, um Temperaturen im Bereich von -20°C bis 150°C zu messen. Ein in das Gerät integrierter Temperatursensor ermittelt zudem die Umgebungstemperatur des Moduls und somit die Wärme innerhalb des Schaltschranks. Das Speichermodul EEM-MEMO-MA600 dient schließlich der Archivierung von Messwerten und Alarmen. Bei einem Synchronisationsimpuls im Abstand von jeweils zehn Minuten wird dann die Wirkleistung beispielsweise 62 Tage gespeichert.

Eine Kombination der EMpro-Messgeräte und RS485-Kommunikationsmodule erlaubt die Anbindung von bis zu 31 Messgeräten bei einer Übertragungsstrecke von maximal 1200 Metern.

Ausgedehnte Netzwerkstrukturen

Allerdings sind RS485-Systeme auf eine reine Linienstruktur begrenzt. Um auch ausgedehnte Netzwerkstrukturen oder größere Übertragungslängen aufbauen und verwenden zu können, werden Repeater – zum Beispiel aus der Produktfamilie PSI von Phoenix Contact – eingesetzt.

Auf diese Weise erhöht sich die Anzahl der Messgeräte und die Übertragungslänge, sodass der Anwender unterschiedliche Installationskonzepte wie Stich-, Baum- oder Sterntopologien realisieren kann. Die anfallenden Informationen aus den einzelnen EMpro-Geräten werden von einer Kleinsteuerung ILC 1xx gesammelt und dann in einer SQL-Datenbank protokolliert.

Zuverlässige Messwertübertragung

Ist eine zentrale Erfassung der Energiedaten erforderlich, kann der Anwender verschiedene Netzwerkstrukturen zwischen den EMpro-Messgeräten und der Leitzentrale umsetzen. Damit in rauer Industrieumgebung eine leistungsfähige und zuverlässige Weiterleitung der Energiedaten sichergestellt werden kann, stehen weitere Netzwerkkomponenten von Phoenix Contact zur Verfügung:

  • verschiedene Industriemodems für eine universelle Datenverbindung zu entfernten Maschinen und Anlagen,
  • der Comserver zum einfachen Einbinden serieller Daten in die Ethernet-Netzwerke sowie
  • Lichtwellenleiter-Konverter, die für eine störsichere Übertragung der Daten in seriellen sowie Feldbus- und Ethernet-Applikationen sorgen.

Das EEM-MA600 kann bei Anschluss eines RS485/Ethernet-Gateways als Master-Gerät genutzt und direkt in das Ethernet-Netzwerk integriert werden. So lassen sich 246 EMpro-Messgeräte via RS485-Schnittstelle als Slaves ankoppeln. Der in das Gateway eingebaute Web-Server dient sowohl der Visualisierung als auch der Konfiguration der Messgeräte.

Die EMpro-Messgeräte eignen sich in allen industriellen Bereichen zur Erfassung und Auswertung elektrischer Parameter. Über die steckbaren Kommunikations- und Funktionsmodule werden sie einfach in unterschiedliche Applikationen und Netzwerkstrukturen eingebunden. Ein Tastendruck genügt, damit sich der Anwender die gewünschten Messwerte anzeigen lassen oder die Geräte vor Ort menügeführt konfigurieren kann.

Dipl.-Ing. Ulrich Hoppe, Produktmarketing Analog, Phoenix Contact Electronics GmbH, Bad Pyrmont

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