Embedded World 2023

Andreas Mühlbauer,

Stromversorgung mit EtherCAT-Schnittstelle

Beckhoff hat seine PS-Stromversorgungsserien innerhalb der PS2000-Reihe um Geräte mit EtherCAT-Schnittstelle erweitert. Dadurch stehen zusätzliche Mess- und Gerätedaten für ein umfassendes Monitoring zur Verfügung, mit dem sich die Anlagenverfügbarkeit erhöhen lässt. Die Stromversorgungen verbinden somit Kompaktheit und Leistungsstärke mit der Möglichkeit zur vorausschauenden Wartung.

Die PS-Geräteserien an 24/48-V-Stromversorgungen decken ein breites Anwendungsspektrum bis hin zu anspruchsvollen Motion-Applikationen ab. © Beckhoff

Die neuen Stromversorgungen PS2000 kombinieren die leistungsfähigen Netzgeräte von Beckhoff mit dem schnellen EtherCAT-Kommunikationsstandard. Dadurch lassen sich umfangreiche Mess- und interne Gerätedaten direkt von der Steuerung verarbeiten, ein Fernzugriff auf die Stromversorgung realisieren sowie der DC-Ausgangsbereich für das Anlagenmonitoring und der AC-Eingangsbereich für das Netzmonitoring überwachen.

Mehr Transparenz im Anlagenbetrieb

Für das Anlagenmonitoring werden wichtige Betriebskenngrößen wie Ausgangsstrom und -spannung in Echtzeit übertragen und kontinuierlich aktualisiert. Dies ermöglicht einen transparenten Einblick in die Anlage und darauf aufbauend eine automatisierte Erkennung, ob nachträglich zusätzliche Verbraucher ergänzt wurden. Zudem lassen sich Spannungs-, Strom- und Temperaturdaten zum Monitoring hinzufügen, um beispielsweise die Wärmeentwicklung im Gerät zu überwachen, sowie grundlegende Anlagendaten wie die Anzahl der Einschaltvorgänge oder Betriebsstunden sammeln. Beim 1-phasigen Netzmonitoring werden anhand der Eingangsspannungswerte Schwankungen wie beispielsweise Unter- und Überspannungen erfasst. Eine Besonderheit stellt dabei das Erkennen von Eingangstransienten dar, also von hohen, energiereichen Spannungsspitzen im Netz.

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Fehlermeldungen, Warnungen und Statusinformationen stehen per EtherCAT ebenfalls direkt in der Steuerung zur Verfügung, sodass sich der Betriebszustand der Anlage optimal analysieren und ein etwaiger Fehler frühzeitig erkennen lässt. Durch in der Steuerung einstellbare Warnschwellen, beispielsweise für Überstrom, können die Meldebedingungen applikationsspezifisch festgelegt und die Stromversorgungen an die individuellen Gegebenheiten angepasst werden. Der Fernzugriff über EtherCAT ermöglicht es außerdem, Anlagenteile bei einem Maschinenstillstand oder im Fehlerfall gezielt abzuschalten.

Vielfalt an Stromversorgungen

Im 24-V-DC-Bereich sind die neuen 1-phasigen Netzgeräte mit EtherCAT-Schnittstelle sowohl als 10-A- wie auch als 20-A-Variante mit einer Ausgangsleistung von 240 beziehungsweise 480 W verfügbar. Für den 48-V-Bereich ist eine 10-A-Variante mit 480 W erhältlich. Der hohe Wirkungsgrad von über 96 % wird durch das optimierte Layout der Elektronik erreicht. Die Stromversorgungen bieten neben einer Einschaltstrombegrenzung und einer aktiven Oberwellenkorrektur (PFC) eingangsseitig einen für den weltweiten Einsatz geeigneten Weitbereichseingang. Mit den Geräteserien PS1000, PS2000 und PS3000 bietet Beckhoff insgesamt hochwertige Stromversorgungen für nahezu alle Einsatzbereiche sowohl im 24- als auch im 48-V-DC-Bereich, bis hin zu Motion-Anwendungen mit hohen Anforderungen an die Rückspeisefestigkeit. Die gute Konvektion, die minimierte Verlustleistung und der hohe Wirkungsgrad von bis zu 96,3 % optimieren die Lebensdauer und Zuverlässigkeit der Geräte. Die Spitzenleistungsfähigkeit von maximal 150 % ermöglicht es, bis zu 1,44 kW Ausgangsleistung kurzzeitig bereitzustellen. Zusammen mit der platzsparenden Bauform und der hohen Störfestigkeit gegenüber Transienten und Überspannungen ermöglicht dies einen effizienten und kostengünstigen Einsatz auch in rauen Industrieumgebungen. Weiterhin können die Stromversorgungen mit der Funktion der präzisen Sicherungsauslösung Leitungsschutzschalter schnell und exakt abschalten, sodass sich längere Maschinenstillstände vermeiden lassen. Die UL-zugelassenen Netzgeräte können auch in speziellen Branchen eingesetzt werden, zum Beispiel mit der Zulassung nach SEMI F47 für die Halbleiterindustrie sowie DNV GL für den Schiffbau. Die Nutzung in explosionsgefährdeten Bereichen (Class  I Division 2, IECEx und ATEX) ist ebenfalls möglich.

Systemdurchgängigkeit reduziert Aufwand und Kosten

Für jede Maschine oder Anlage bedarf es einer zuverlässigen Stromversorgung und einer entsprechenden Absicherung. Werden diese zusätzlich mit einer leistungsfähigen Erfassung der Energiedaten kombiniert, ergeben sich Vorteile bereits bei der Maschinenauslegung: Zusätzliche Leistungsmesstechnik am Eingang der Stromversorgungen gewähren einen Überblick der Gesamtleistung, inklusive etwaiger Verluste.

Mit der PS2000-Serie stehen erstmals Hutschienenstromversorgungen mit EtherCAT-Kommunikation zur Verfügung. © Beckhoff

Mit den Stromversorgungen der PS-Serie – insbesondere durch die Integration der EtherCAT-Technologie – stehen Komponenten für ein vollständiges, aufeinander abgestimmtes Automatisierungssystem ganz im Sinne von PC-based Control zur Verfügung. Mithilfe der direkt in das EtherCAT-I/O-System integrierten Überstromschutzklemmen EL922x wird die Leistung der einzelnen Versorgungspfade zusätzlich abgesichert und kontinuierlich erfasst. Kann der Maschinenbauer mit dieser gesamtheitlichen Betrachtungsweise beispielsweise Leistungsspitzen vermeiden, reduzieren sich der Anschlusswert der Anlage und aufgrund geringer dimensionierter Versorgungsleitungen auch die Installationskosten für den Endkunden. Weiterhin bildet eine durchgängige und systemintegrierte Energiemesstechnik die Voraussetzung, um direkt innerhalb der Maschinensteuerung den Soll- und Ist-Zustand der Anlage abzugleichen. Auf diese Weise lassen sich drohende Schäden frühzeitig erkennen und Prozessoptimierungspotenziale einfacher ermitteln.

Bisher war ein kontinuierliches Datenmonitoring meist mit erheblichem Aufwand verbunden, denn häufig mussten externe Sensoren nachträglich kostenintensiv und teilweise mithilfe von Sonderbauteilen integriert werden. Mit den Stromversorgungen, Energiemessklemmen, Stromwandlern und Überstromschutzklemmen von Beckhoff lässt sich dies hingegen mit Standardkomponenten und entsprechend geringem Aufwand sowie verminderten Logistikkosten beispielsweise zur Lagerung von Sonderteilen realisieren – auch im Rahmen von Retrofits existierender Maschinen und Anlagen.

Christian Jürgenhake, Produktmanager I/O, Beckhoff Automation

embedded world, Halle 1, Stand 130

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