Stromversorgung Wie eine zuverlässige Stromversorgung aufgebaut ist

Autor / Redakteur: Klaus Wünschirs* / Sariana Kunze

Eine Stromversorgung ist das Herz einer jeden Applikation. Die größtmögliche Sicherheit hängt dabei nicht nur von einem guten Netzgerät ab. Erfahren Sie, wie Sie den Aufbau einer zuverlässigen Stromversorgung planen und was es zu beachten gilt.

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Bei allen Einsparungen sollte großer Wert auf eine zuverlässige Stromversorgung gelegt werden.
Bei allen Einsparungen sollte großer Wert auf eine zuverlässige Stromversorgung gelegt werden.
(Bild: Lütze)

Wenn das Herz aufhört zu schlagen, dann geht nichts mehr. Der ganze Apparat steht still, wird nicht mehr versorgt. So ist es auch bei der Automatisierungstechnik. Fällt aus irgendwelchen Gründen das Herz einer Applikation, die Stromversorgung, aus, steht die ganze Produktion still. Ungewollte Kosten und Lieferprobleme sind die Folge. Ein Ärgernis, das es zu minimieren oder gar zu vermeiden gilt. So darf beispielsweise in der glasverarbeitenden Industrie der Produktionsprozess gar nicht gestoppt werden. Eine zuverlässige Stromversorgung ist hierfür ein essentieller Bestandteil.

Billiger Aufbau und/oder Intelligenz

Fast alle Schaltschränke, Schaltkästen und dezentrale Einheiten besitzen im Bereich der Mess-, Steuer- und Regelungstechnik eine DC 24V-Stromversorgung. Neben dem Netzgerät sind beim Aufbau einer zuverlässigen Stromversorgung weitere Komponenten zu berücksichtigen. Je nach Anforderung sind dies u. a. DC-USV (unterbrechungsfreie Stromversorgungen), Batteriemodule, Buffer Module, Redundanzmodule oder auch elektronische Lastüberwachungen. Auch Umweltaspekte und die Effizienz gilt es zu beachten. Es spielt der Wirkungsgrad und auch die Einbindung der Stromversorgung in ein Energiemanagementsystem eine wesentliche Rolle. Wie intelligent soll oder muss eine Stromversorgung sein?

Jede Komponente kritisch hinterfragen

Jede Komponente ist kritisch zu hinterfragen und entsprechend der Applikation auszuwählen. Ein wichtiges Kriterium ist dabei die Zuverlässigkeit. Aber was heißt zuverlässig?

Das kann einerseits ein Standardbetrieb, ein redundanter Aufbau oder sogar ein ausfallsicherer Aufbau sein, welcher beim Wegfall der Netzspannung funktioniert. Weiterhin sollte betrachtet werden wie unterschiedliche Verbraucher oder Verbrauchergruppen selektiv abgesichert werden können. Hier kommen sogenannte elektronische Lastüberwachungen zum Einsatz. Sie überwachen alle kritischen Parameter und schalten die Maschine oder das Werkzeug bei Bedarf ab. Das bedeutet, die Lastüberwachung stoppt die Bewegung in der Endlage bei halbem Hub.

Mit redundantem Aufbau Zuverlässigkeit erhöhen

Fast jedes moderne Netzgerät verfügt über einen potentialfreien Relaiskontakt, um seinen Betriebszustand beispielsweise an eine übergeordnete Steuerung zu melden. Intelligente Netzgeräte können zusätzlich den momentan fließenden DC-Strom, die Überschreitung eines Stromlimits oder einen Fehler auf der AC-Eingangsseite erfassen und signalisieren. Dies kann per Normsignal (4-20mA, 0-10V), Relaiskontakt oder auch per Software erfolgen.

Netzschwankungen oder kurzzeitige Netzausfälle, bedingt durch Schalthandlungen im öffentlichen Netz, können zu einem Anlagenstillstand führen, wobei der Fehler nicht direkt erkannt wird. Abhilfe schaffen hier Buffer Module, welche beispielsweise 20 A für 300 ms bei 24 V garantieren. Für längere Netzausfälle bzw. Störungen kommen DC-USV zum Einsatz. Dies ist die sicherste und zuverlässigste Lösung, aber auch die teuerste. Hier ist die Überbrückungszeit von der gewählten Batteriekapazität abhängig.

Der redundante Aufbau ist eine beliebte Art und Weise, um die Zuverlässigkeit zu erhöhen. Fällt ein Netzgerät aus, dann wird die komplette Versorgung von einem anderen Netzgerät übernommen. Das defekte Gerät wird signalisiert und kann gewechselt werden. Viele Netzgeräte verfügen über integrierte Entkopplungsdioden, welche gegebenenfalls den Wirkungsgrad mindern. Spezielle redundant Module liefern Informationen zum Status der Netzgeräte, Redundanzfehler und zeigen die Symmetrie der Netzgeräte an.

Gestörte Baugruppen mit intelligenter Lastüberwachung gezielt abschalten

Jede Applikation verfügt über verschiedene Verbraucher wie Sensoren, Steuerung, Aktoren, HMI oder sonstige Geräte. Diese sollten einzeln oder in Verbrauchergruppen zusammengefasst und entsprechend abgesichert werden. Dies ist erforderlich, um gestörte Baugruppen innerhalb einer angemessenen Zeit gezielt abzuschalten. Geschieht dies nicht, kann das verwendete Netzgerät überlastet werden, was zur Abschaltung des Netzgerätes führt, wodurch ein Komplettausfall die Folge ist. Intelligente Lastüberwachungen eignen sich hierfür. Die Kommunikation zur Steuerung kann über digitale Ein- und Ausgänge oder über das verwendete Feldbussystem erfolgen.

Somit gibt es verschiedene Möglichkeiten, welche entsprechend in die Überlegungen einbezogen und hinsichtlich der Kosten betrachtet werden sollten. Es sollte großeg Wert auf eine zuverlässige Stromversorgung gelegt werden.

Lütze

Zur intelligenten Stromversorgung mit Lütze Compact und Locc-Box

Lütze bietet mit seinen 1- , 2- oder 3-phasigen Netzteilen der Compact Serie Leistungen von 120 W bis 2.400 W und Ausgangsspannungen von DC 12 V, DC 24 V, DC 48 V und DC 72 V an. Die Geräte sind für unterschiedlichste Bereiche als Spannungsversorgung geeignet. Die Netzteile verfügen über einen hohen Wirkungsgrad bis zu 95 Prozent, eine minimale Verlustleistung und geringe Wärmeentwicklung. Zudem bietet die Compact Serie ausgangsseitig hohen Leistungsreserven: Für 5 Sekunden können die Powerpakete bis zu 150 Prozent Leistung abgeben. Zur weiteren Leistungserhöhung lassen sich bis zu vier Geräte parallel schalten. Redundanzmodule ermöglichen einen redundanten Betrieb für alle Ausgangsspannungen und einen max. Strom von 50 A. Für eine elektronische Überlast- und Kurzschluss-Überwachung bietet das Unternehmen die Locc-Box an, welche die Anforderung nach einer selektiven Abschaltung erfüllt. Die Einbindung in vorhandene Kommunikationsebenen und Feldbussysteme ist möglich. Kapazitive Lasten können durch eine intelligente Einschaltroutine, unter Berücksichtigung des Leitungsschutzes, optimal zugeschaltet werden. Das System erkennt, speichert und signalisiert Fehler und schützt somit die angeschlossenen Verbraucher. Die Fehlerdiagnose erfolgt bei Locc-Box per Hardware oder über das Gateway zu verschiedenen Feldbussystemen.

* Klaus Wünschirs, Produktmanager Control, Friedrich Lütze GmbH

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