Energienetzwerke im Zeitalter der Industrie 4.0 brauchen eine hochperformante Stromversorgung.

Die Digitalisierung im industriellen Produktionsumfeld erfordert eine performanete Stromversorgung. Wago will mit dem steckbaren Kommunikationsmodul bei der Stromversorgung die Freigabeprozesse in der Automatisierungstechnik vereinfachen. - Bild: industrieblick/Adobe Stock

Was versteht man unter Maschinenkommunikation?

Unter der Maschine-zu-Maschine-Kommunikation, kurz M2M, versteht man den automatisierten Datenaustausch zwischen einzelnen Maschinen. Diese Maschinen basieren aber nicht auf einer Computertechnologie im klassischen Sinne. Bei der M2M-Kommunikation tauschen Anlagen und Maschinen Daten zur Steuerung, Sensorik oder Wartung untereinander aus, ohne dass ein Mensch einen der digitalen Prozesse manuell auslöst.

Der Maschinen- und Anlagenbau positioniert sich als Vorreiter im digitalen Zeitalter. Stellen wir uns vor, dass jede vierte Maschine heute schon smart und alles miteinander vernetzt ist. Das hat enorme Auswirkungen auf die Bereitstellung und Auswertung von Daten.

Daten-Monitoring bestimmt den Zustand der sich im Betrieb befindlichen Geräte. Es ermöglicht eine Einschätzung, wann die Wartung durchgeführt werden muss. Ein Bereich, in dem Datentransparenz und ein durchgängiges Monitoring bislang nicht erfolgt sind, findet sich bei der Stromversorgung im Schaltschrank.

Hier unterstützt die Digitalisierung die Automatisierung durch Sammlung und Auswertung der bisher noch nicht berücksichtigten Daten. So können zunehmend ungeplante Stillstandzeiten vermieden, Fehler schneller gefunden und analysiert werden und zukünftig ungeplante Serviceeinsätze gezielt vermieden werden.

„Neben der klassischen Funktion als Wandler bieten moderne Netzgeräte auch die Möglichkeit, wertvolle Daten durch modulare Kommunikation zu liefern. Das unterstützt zum Beispiel Predictive Maintenance oder Langzeit-Monitoring“, bestätigt Stefan Wagner, Head of Product Management Power Supplies bei Wago.

xxx
Die deutschen Industrieunternehmen nutzen für ihre Produktion vor allem die Energieträger Strom und Gas. Sie haben 2017 rund 865 Petajoule verbraucht. Zum Vergleich: die Großstadt Hamburg verbraucht pro Jahr insgesamt 77 Petajoule. - Grafik: Statistisches Bundesamt

Wie lässt sich die Vernetzung automatisieren?

Insbesondere in der Automatisierungstechnik gibt es eine Vielzahl von Feldbussen und somit physikalischen Schnittstellen und Protokollen. Wago will mit dem steckbaren Kommunikationsmodul bei der Stromversorgung die kompletten Planungs-, Konstruktions-, Mechatronik- und Freigabeprozesse vereinfachen. Sollte sich die gewünschte Kommunikationsschnittstelle ändern, muss nur das Interface getauscht werden und nicht das gesamte System.

Die IO-Link-Schnittstelle bietet neben den Service- und Betriebsdaten auch Konfigurationsmöglichkeiten. Das erlaubt die Anpassung an die jeweilige Applikation, und zwar online, zum Beispiel in Abhängigkeit des zuvor erfassten Betriebszustandes.

Die Nachführung der Ausgangsspannung bei erhöhter Belastung, die automatische Abschaltung bei wiederholter Überlast und der Neustart der Verbraucher aus der Ferne nach Einspielen eines Updates oder zum Reset des Steuerstromkreises sind dabei nur einige der möglichen Anwendungen. Interessant sind auch die Konfigurationsoptionen des Signalausgangs. Er liefert wahlweise DC OK, Überstrom, speichernde Abschaltung oder weitere Warn- und Fehlermeldungen.

Wie optimiert das Kommunikationsmodul die Stromversorgung?

Die Stromversorgung Pro 2 kann über ein Kommunikationsmodul (aktuell IO-Link, später auch Ethernet-basierende Protokolle wie MQTT, Ethernet IP oder Profinet) mit der SPS oder einem IoT-Gateway verbunden werden. Das ermöglicht die stete Kommunikation über standardisierte Protokolle, was den Aufwand für die Implementierung verringert. Daten aus der Wago Stromversorgung Pro 2 (PSU) können gespeichert und zur Energieoptimierung analysiert werden, die zentrale SPS kann die dezentral genutzte PSU in Anlagenteilen per Hardwaresignal oder Busbefehl abschalten, um den Stand-by-Modus zur Energieeinsparung zu nutzen – und mit ihren Monitoring-Funktionen geben sie Auskunft über die aktuellen Daten der Stromversorgung, beziehungsweise der angeschlossenen Last. Sie signalisieren Fehlerzustände und ermöglichen so die lückenlose Überwachung der Applikation.

Wie verhält sich die Stromversorgung bei Überlast?

Binnen Millisekunden können Werte über das aufsteckbare Kommunikationsmodul ausgelesen werden – und das über verschiedene Protokolle. Die Strom- oder Spannungswerte werden anschließend über ein Diagramm ausgewertet. Im Fall von Derating-Situationen ist im Kommunikationsmodul eine sogenannte Kundenwarnschwelle verfügbar. Eingestellt werden kann eine Warnung für Überlastverhalten, beziehungsweise eine Beschränkung des Einsatzbereichs. Das eingebaute Strommessgerät gibt dann eine entsprechende Meldung ab, sobald der definierte Wert überschritten wurde. Zusätzlich verfügt die Stromversorgung (PSU) über eine Nennstrom-ECB-Funktion (elektronischer Schutzschalter).

Der Auslösewert ist flexibel einstellbar: Wie rasch der Sicherungsschalter auslösen soll, kann schnell und akkurat festgelegt werden. Der Strom kann ab 100 Millisekunden bis hin zu 5 Sekunden abgestellt werden – je nach Bedarf. Wenn der Strom für eine einstellbare Zeit den einstellbaren Grenzwert überschreitet, wird der Ausgang abgeschaltet – und mit Hilfe des digitalen Eingangs kann ein Reset durchgeführt und das Netzgerät neu gestartet werden.

Wie wird die Ausgangsspannung überprüft?

Die Anzahl der vernetzten Maschinen im Internet-der-Dinge (IoT) wird bis ins Jahr 2020 weiter stark ansteigen.
Die Anzahl der vernetzten Maschinen im IoT hat sich seit 2016 weltweit mehr als vervierfacht. - Grafik: Gartner / Statista

Das aktive Einbinden der Stromversorgungen in die Steuerungsumgebung oder alternativ direkt parallel in die Analytics ermöglicht ein permanentes Monitoring aktueller Lastzustände. Die jederzeit durch die Steuerung abrufbaren Zustandsdaten machen ein manuelles Überprüfen der Ausgangsspannung überflüssig und erlauben die rechtzeitige Wartung der Stromversorgung sowie aller angeschlossenen Verbraucher. Kommunikationsfähigkeit wird also zu einem Kernbestandteil moderner Stromversorgungen.

Bleiben Sie immer über diese und weitere Themen informiert!

Mit unserem Newsletter sind Sie immer auf dem Laufenden. Gleich anmelden!