Coors, R.: Dezentrale Energieverteilung in Anlagen

<BODY> <H1>www.aud24.net : Coors, R.: Dezentrale Energieverteilung in Anlagen</H1> <P> <BR> [<A href="/">www.aud24.net</A>] [<A href="../index.html">back</A>] </P> <TABLE WIDTH=100% BORDER=0 CELLSPACING=0 CELLPADDING=0> <TR> <TD VALIGN=top> <TABLE WIDTH=100% BORDER=0 CELLSPACING=0 CELLPADDING=0> <TR> <TD VALIGN=TOP CLASS=detailBereichRedaktion>Bereich > Redaktion > <B><FONT color="#CC3300">Fachbeiträge</FONT></B></TD> <TD ALIGN=right VALIGN=bottom CLASS=detailDatum>20.11.2000</TD> </TR> </TABLE> </TD> <TD VALIGN=top> </TD> <TD VALIGN=top> </TD> </TR> <TR> <TD VALIGN=top CLASS=detailFirma ID=topSpace>Wieland Electric GmbH:</TD> <TD VALIGN=top> </TD> <TD VALIGN=top> </TD> </TR> <TR> <TD VALIGN=top CLASS=detailTitel>Coors, R.: Dezentrale Energieverteilung in Anlagen</TD> <TD VALIGN=top> </TD> <TD VALIGN=top> </TD> </TR> <TR> <TD VALIGN=top CLASS=detailSubtitel>Energiebussystem ersetzt den traditionellen Anschluss von Leistungsverbrauchern</TD> <TD VALIGN=top> </TD> <TD VALIGN=top> </TD> </TR> <TR> <TD VALIGN=top> <TABLE BORDER=0 CELLSPACING=0 CELLPADDING=0> <TR> <TD VALIGN=top CLASS=detailContent>Erschienen im A&D NEWSLETTER 6/2000, S.82<BR><BR>Ein spezieller Energiebussystem erlaubt die Anbindung von Verbrauchern ohne Leitungsunterbrechung. In Kombination mit einem entsprechenden Verbindungssystem hilft dieser Ansatz Installationsfehler zu vermeiden, Anlagen kostengünstig und übersichtlich zu planen, und die Installationszeiten zu verkürzen.<BR><BR>Bisher wird die Energieverteilung in der Regel aus dem Schaltschrank heraus sternförmig zu den einzelnen angeschlossenen Geräten geführt. Dies bedeutet einen hohen Aufwand in der Planung, für Geräten und in der Installation. Flexible Reaktionen während der Inbetriebnahme und im Fehlerfall sind nur bedingt möglich. Besonders nachteilig wirkt sich dies in der Fördertechnik aus, wo im hohen Maße vorhandene und weit verteilte Antriebe einen großen Teil der Anlage ausmachen (Abb. 1).<BR>Diesem kostenintensiven Aufbau kann durch eine ergonomische Energieverteilung und der Verlagerung der Steuerungstechnik zum Antrieb hin entgegengewirkt werden. Konsequenterweise resultiert daraus eine vollständige Dezentralisierung der Steuereinheiten. Dies erfordert neben der einfachen Anbindung an gängige Feldbussysteme ein umfassendes Installationskonzept, das unterschiedliche Applikationen hinsichtlich Energieverteilung, Anschlusstechnik, Zugänglichkeit, Flexibilität, Ergonomie, Schutzart, Beständigkeit gegen Umwelteinflüsse, Umgebungstemperatur zu berücksichtigen hat. Der Markt verlangt zudem ein Baukastensystem zur Energieverteilung und Antriebstechnik, das im Sinne dezentraler Automatisierungskonzepte bei Planung, Installation und Inbetriebnahme auch umfangreicher Anlagen in den gängigen Leistungsbereichen standardisieren hilft und zu deutlichen Einsparungen führt (Abb. 2).<BR><BR>Dezentrale Energieverteilung im Baukastenformat<BR><BR>Die verbreitetste Art, Energie zu verteilen, sind massive Stromschienensysteme, auf die die notwendigen Geräte aufgeschnappt werden und direkt kontaktieren. Diese Technik ist an die notwendigen Anforderungen im Feld wie flexible Verlegung der energieführenden Leitungen und freie Anschaltbarkeit von Geräten unter Einhaltung des Schutzgrades IP 65 entsprechend anzupassen. Die von Wieland entwickelte Lösung &sbquo;podis Connective Concept‘ umfasst die beiden Bereiche Energieverteilung (podisCon) und Motorsteuereinheiten (podisDrive). Die Energieverteilung übernehmen flexible Stromschienen in Form von Flachleitungen. Von einem minimierten Schaltschrank (Steuerpult) aus, der die Not-Aus-Funktion und die Leitungsabsicherung beinhaltet, wird eine Flachleitung in das Feld verlegt, an dem die jeweiligen Verbraucher angeschlossen werden können. Der Anschluss der Verbraucher erfolgt ohne Unterbrechung der Energieversorgung, ohne Steckplatzorientierung (konfektionierte Kabel mit Stecker) sowie unter Einhaltung der Schutzart IP65. Das System podisCon nutzt hier T-Anschlussmodule, die mittels Durchdringungstechnik auf der Flachleitung an jeder x-beliebigen Stelle adaptiert werden können. Die elektrische Verbindung, bekannt auch als Piercing-Technik, wird über ein Kontaktmesser (Schraube oder Dorn) realisiert, das durch die Leitungsisolation in die Ader eindringt und dort die elektrische Verbindung herstellt. Genutzt wird diese sichere und schnelle Anschlusstechnik seit Jahren in der AS-Interface Bustechnik sowie bei Wieland im Produktbereich &sbquo;Leistungsversorgung im Gebäude‘. Um Fehler, wie z.B. Verpolung, bei der Geräteinstallation auszuschließen, sind die Flachleitungen zusätzlich mit einer Codierleiste versehen. <BR>Im Bereich der Hauptenergieversorgung steht eine 5adrige (L1-L3, N, PE) 16-mm?-Flachleitung zur Verfügung und die dezentralen Feldgeräte erhalten ihre Energie sowie Signale über eine 7adrige (L1-L3, N, PE, 2 x 24 V) 2,5-mm?-Leitungsvariante. Weitere Querschnitte (z.B. 6 mm?) befinden sich in der Entwicklung.<BR>Der Abschluss an den Leitungsenden erfolgt über dafür vorgesehene Endstücke, die in IP 65 ausgeführt sind. Je nach Anwendung erfolgt die Leitungsinstallation im Kabelkanal oder über frei montierbare Leitungsbefestigungen. Die zur Energiezuführung oder -verteilung einsetzbaren T-Anschlussmodule stehen mit einem Rundkabelanschluss oder als steckbare Variante in Form eines schweren Steckverbinders zur Verfügung (Abb. 3).<BR>Der Aufbau entspricht den industriellen Anforderungen hinsichtlich Isolierung, Säure-Ölbeständigkeit sowie Halogenfreiheit. UL, CSA und weitere Zulassungen sind in Vorbereitung.<BR><BR>Motorsteuereinheiten - Power-Manager vor Ort<BR><BR>Antriebe sind die zentralen Komponenten des Anlagenbaus. Drehstromasynchronmotoren werden über Direktstarter, Reversierstarter oder Frequenzumrichter angesteuert und überwacht. Geräte dieser Art sollten möglichst motornah installiert werden, da das zentrale Schalten von Motoren aus dem Schaltschrank heraus auf Hunderten von Metern ein Störspektrum in der gesamten Anlage verursacht. Der Abstand von Starter oder Umrichter zum Antrieb verkleinert sich bei dezentralen Konzepten auf die Länge der Anschlussleitung zu den auf der Flachleitung adaptierbaren Motorsteuereinheiten. <BR>Die Haupteinsatzgebiete dezentraler Antriebstechnik sind heute in der Lager- und Fördertechnik, bei Transporteinheiten in Abfüll- und Verpackungsmaschinen sowie bei Handlingmaschinen zu finden. Häufig werden in diesen Anwendungen mehrere Sensoren oder Aktoren in unmittelbarer Nähe des anzutreibenden Motors benötigt, um beispielweise Transportbänder im Falle eines Staus anzuhalten oder einzelne Bandabschnitte als definierte Zellen zu generieren. Weitere wichtige Kriterien für die Auswahl eines Automatisierungskonzepts sind die Möglichkeit, die wichtigsten Feldbusse bedienen zu können sowie eine sehr hohe Anlagenverfügbarkeit durch modularen Aufbau. <BR>Neben der effizienten Einbindung von Standardgeräten bietet podisDrive feldbusfähige Motorsteuereinheiten in IP65. Die Energieversorgung erfolgt hier über die bereits erwähnte 2,5-mm?-Flachleitung. Ein Flachleitungsadapter in steckbarer Ausführung ist Bestandteil des Trägermoduls (Abb. 4), wobei die Montage der Flachleitung in der zuvor beschriebenen Weise mittels Durchdringungstechnik erfolgt. Motorstarter- bzw. Frequenzumrichterfunktionalität und Feldbuskoppler sind modular und können aufgesteckt werden, was im Fehlerfall einen einfachen Austausch ohne Auftrennung der Energieleitung oder anderer Verbindungselemente erlaubt. Weitere Schnittstellen wie binäre E/A-Kanäle, Erweiterungsbus zum Anschluss zusätzlicher Steuereinheiten oder der Motoranschluss werden in den einzelnen Modulen erzeugt und über das Trägermodul physikalisch verteilt. Diese Schnittstellen werden über M12-Steckverbinder und Motoranschlussstecker der Außenwelt zur Verfügung gestellt. Die angebotenen Motorsteuereinheiten unterstützen den Einsatz unter Profibus DP, AS-Interface, DeviceNet und CANopen mit allen notwendigen Steuerfunktionalitäten in einem Modul bei einer Leistung von zur Zeit maximal 1,1 kW.<BR>In allen Geräten wird der Motor über vollelektronische Schutzschalter geschützt. Die Parametrierung aller Gerätefunktionen erfolgt über den jeweils angeschlossenen Feldbus oder über ein Handsteuergerät. Um einen sicheren Betrieb zu gewährleisten, wurde eine vollständige Fehlerauswertung integriert, die entweder über den angeschlossenen Feldbus abgerufen werden kann oder über die Sieben-Segment-Anzeige im Feldbuskoppler. Die in der Industrie üblichen 400-V-Wechselstrombremsen können ebenfalls angeschlossen und über den Bus angesteuert werden. Eine Besonderheit ist der interne Erweiterungsbus. Dieser ermöglicht dem Anwender die Einbindung von bis zu vier weiteren Steuereinheiten mit vollständiger Funktionalität unter einer einzigen Feldbusadresse. <BR><BR>Wirtschaftlichkeit<BR><BR>Das gesamte System, bestehend aus dem Energiebus und den Motorsteuereinheiten, bietet ein hohes Einsparungspotential (Abb. 4). Erste Erfahrungen bestätigen diesen Aspekt des Ansatzes: Der Kabelaufwand wird reduziert, die Montage wie auch die Lagerhaltung vereinfacht, die Zeiten für das Engineering und die Inbetriebnahme verkürzen sich und installierte Systeme sind einfach zu erweitern und zu warten. Das Ergebnis zeigt schon bei einem Anschluss von fünf Motorsteuereinheiten eine Ersparnis von 10% gegenüber der herkömmlichen Technik. Bei größeren Anlagen kann diese bis zu 25% betragen.<BR><BR>Fazit und Ausblick<BR><BR>Die Einbindung der Frequenzumrichter und Motorstarter erfolgt heute fast ausschließlich als Slave in einem der gängigen Feldbussysteme. Die Zukunft liegt in der verteilten Intelligenz mit Multi-Master-Funktion. Das heißt, die vor Ort notwendigen Steuerungsfunktionen werden direkt im Bus-Interface hinterlegt und auch dort abgearbeitet. Alle Leistungsgeräte arbeiten dann als Multimaster und somit autark. Wieland unterstützt in diesem Bereich den in der Industrie etablierten Feldbus CAN, der in Kürze auch als sicherheitsgerichteter Feldbus einsetzbar sein wird. Als Protokoll kommt der neue Standard des Unternehmens 3S zum Einsatz. Dieser wird zur Zeit von mehr als 20 namhaften Firmen unterstützt und garantiert die Interoperabilität aller Komponenten der in dieser User Group tätigen Hersteller. Die Geräte werden über den allgemein üblichen Standard IEC 61131-3 programmiert. Als Programmiertool wird &sbquo;Codesys‘ genutzt, eine in der Industrie etablierte Software. <BR>Der Entwicklungstrend geht zur dezentralen Automatisierung räumlich ausgedehnter Produktionsanlagen. So wie die Feldbustechnik die Automatisierungstechnik gewandelt hat, werden auch dezentrale Installationssysteme immer mehr Eingang in diesen Bereich finden und sich durchsetzen. Auch andere elektrische Anlagenkomponenten folgen diesem Trend, da die Anwender aus dem Maschinenbau und Anlagenbau immer stärker mit ihren Forderungen nach Dezentralisierung Druck in diese Richtung ausüben.<BR></TD> </TR> <TR> <TD CLASS=detailQuelle> </TD> </TR> </TABLE> </TD> <TD WIDTH=28 VALIGN=top><IMG NAME="" SRC=/pi/spacer.gif WIDTH=1 HEIGHT=1 ALT=""></TD> <TD WIDTH=174 VALIGN=top></TD> </TR> <TR> <TD VALIGN=top><IMG NAME="" SRC=/pi/spacer.gif WIDTH=393 HEIGHT=1 ALT=""></TD> <TD WIDTH=28 VALIGN=top><IMG NAME="" SRC=/pi/spacer.gif WIDTH=28 HEIGHT=1 ALT=""></TD> <TD WIDTH=174 VALIGN=top><IMG NAME="" SRC=/pi/spacer.gif WIDTH=174 HEIGHT=1 ALT=""></TD> </TR> </TABLE> <P><I>Diese Seite wurde am 22.09.2006, 13:54 Uhr aktualisiert</I></P> </BODY>