Pausenlos unter Strom

Elektroautomation

Stromversorgungen. Wollten Konstrukteure bisher unter industriellen Bedingungen AC-Verbraucher mit einer unterbrechungsfreien Stromversorgung absichern, mussten sie auf wenig geeignete Geräte aus der IT-Welt zurückgreifen. Dabei gibt es mit der Trio-AC-USV von Phoenix Contact ein robustes hutschienenmontables Gerät, das die Anforderungen des Serienmaschinenbaus erfüllt.

24. August 2017
Die neue Trio-AC-USV kann auf eine Hutschiene aufgeschnappt oder mit einem Adapter an die Schaltschrankrückwand geschraubt werden. Bild: Phoenix Contact
Bild 1: Pausenlos unter Strom (Die neue Trio-AC-USV kann auf eine Hutschiene aufgeschnappt oder mit einem Adapter an die Schaltschrankrückwand geschraubt werden. Bild: Phoenix Contact )

Auch wenn in der Automation unbestritten 24 V DC das Maß aller Dinge ist, gibt es nach wie vor Verbraucher im industriellen Einsatz, die auf 230 V AC oder – zum Beispiel in den USA – auf 120 V AC angewiesen sind. Hierbei sind insbesondere Industrie-PCs zu nennen. Gerade im Maschinenbau sind bei kleineren Stückzahlen oder auch bei Anlagen mit Industrie-PCs oder Kameras Spannungsversorgungen im Schaltschrank mit 230 Volt und 120 Volt sehr verbreitet. Wenn höhere Ausfallsicherheit durch Zuschalten einer USV-Lösung gefragt ist, müssen Elektrokonstrukteure improvisieren, damit der Industrie-PC bei kürzeren Spannungsausfällen oder -Schwankungen betriebsbereit bleibt. Zudem muss bei längerem Blackout das kontrollierte Herunterfahren des PC und aller angeschlossener Prozesse möglich sein.

Daher sind unterbrechungsfreie Stromversorgungen in 19-Zoll-Einschubracks oder Stand-alone-Gehäusen, die eigentlich für den Einsatz in Rechenzentren konzipiert wurden, kein ungewohnter Anblick in Produktionsumgebungen. Doch diese Geräte sind für die kontrollierten Bedingungen in einem Rechenzentrum konzipiert und erfüllen nicht die Anforderungen an elektromagnetische Verträglichkeit, Klimabeständigkeit, Vibration und vieles mehr.

Zulassungen für Einsätze unter besonderen Bedingungen wie der Prozesstechnik oder dem Schiffbau sind nicht erreichbar. Aufgrund ihrer Größe können die Geräte nicht in den Schaltschränken installiert werden, sodass die Konstrukteure sie entweder an eine Gehäusewand des Schaltschranks anschrauben oder unter einem Tisch verschwinden lassen.

AC-USV für den Schaltschrank

Phoenix Contact bietet bereits mit der industrietauglichen Quint-AC-USV mit IQ-Technology eine Alternative zu den häufig anzutreffenden Office-USV-Lösungen. Die USV lässt sich auf die DIN-Schiene rasten, besitzt die industrieüblichen Zulassungen und ist dank unterschiedlicher Energiespeichertechnologien flexibel einsetzbar. Das Gerät für den oberen Leistungsbereich hat sich in vielen Branchen wie der Photovoltaik, Windenergie oder auch der Prozessindustrie bewährt.

Für den Einsatz im Serienmaschinenbau im mittleren Leistungsbereich bietet Phoenix Contact mit der Trio-AC-USV eine weiteres industrietaugliches Gerät. Das Unternehmen ist damit einer von wenigen Herstellern, die diese Technologie aktiv mit einem differenzierten Produktportfolio weiterentwickeln. Die Trio-AC-USV wird in zwei Varianten angeboten: Für den europäischen und asiatischen Bereich gibt es sie mit 230 V AC, sowie mit 120 V AC für den US-Markt. Die neue Trio-AC-USV orientiert sich hinsichtlich Design und Funktion an der zweiten Generation der Trio-Stromversorgungen. Das Gerät kann auf eine Hutschiene aufgeschnappt oder mit einem optional erhältlichen Adapter an die Schaltschrankrückwand geschraubt werden. Mit einer geringen Einbautiefe findet die Trio-AC-USV, im Gegensatz zu 19-Zoll-Rackgeräten, in gebräuchlichen Schaltschränken Platz. Die äußere Erscheinung wird im Wesentlichen durch die Push-in-Anschlusstechnik und die Kunststofffront geprägt.

Nahezu unterbrechungsfrei

Die Elektronik unter der Haube leistet Beachtliches: Während des regulären Netzbetriebs werden die Batterien der USV überwacht und geladen, um für den Netzausfall vorbereitet zu sein. Fällt die Netzversorgung aus, schaltet die Trio-USV vom Netzbetrieb auf Batterieversorgung um. Dann wird die Last, etwa ein Industrie-PC, aus der Batterie über einen Wechselrichter, der die gespeicherte DC-Spannung wieder in eine AC-Spannung verwandelt, versorgt. Dabei ist es für die sensible Elektronik von Industrie-PC und Co. wichtig, dass das USV-Modul nahezu unterbrechungsfrei und phasenrichtig in einer echten Sinuskurve umschaltet. Hier bieten vergleichbare Geräte oft nur eine Trapez- oder Rechteckspannung, die die versorgten AC-Verbraucher aus dem Tritt bringen können.

Gemäß der Klassifikation für unterbrechungsfreie Stromversorgungen VFD SS311 schaltet die Trio-AC-USV vom Netzbetrieb mit 230 Volt 50Hertz innerhalb von sechs Millisekunden auf Batterieversorgung um. Die eingebaute Batterie mit 3,4 Amperestunden liefert für 1,5 Minuten maximal 600 Watt. Ein weiterer Energiespeicher mit 3,4 Amperestunden von Phoenix Contact lässt sich verbinden, was die Entnahmezeit für den Maximalstrom auf vier Minuten erhöht. Die Energiespeicher sind in wartungsfreier VRLA-Technik ausgeführt. Sie können in einem Temperaturbereich von 0 bis 40°C betrieben werden. Das Gerät besitzt umfangreiche Signalkontakte, die im Schaltschrank mitverdrahtet werden und ganz regulär von einer speicherprogrammierbaren Steuerung ausgelesen werden können.

Autark ohne Eingangsversorgung

Eine Besonderheit der USV ist die Funktion BAT-Start. Damit lassen sich die Geräte autark ohne Eingangsversorgung betreiben. Hierfür wird lediglich zwischen den Anschlüssen BAT-Start und Ground eine Drahtbrücke gesetzt. Dann kann beispielsweise während der Inbetriebnahme die Ausgangsspannung für kurze Funktionstests der angeschlossenen Komponenten genutzt werden, auch wenn noch kein Netzanschluss vorliegt. Mit dem Remote-Kontakt ist es möglich, den laufenden Batteriebetrieb zu beenden. Dies ist von Vorteil, wenn der Bediener die Maschine regulär ausschalten möchte. In diesem Fall würde die USV bei Einbrechen der Versorgungsspannung üblicherweise in den Batteriebetrieb gehen und die Lasten weiterversorgen. Dies ist aber in dem Fall nicht gewünscht und führt zu einer unnötigen Belastung der USV. Die Lösung ist einfach: Der Hauptschalter wird mit dem Remote-Signal verdrahtet.

Wird die Maschine dann ausgeschaltet, schaltet die USV nicht in den Batteriebetrieb. Erhält die USV das Signal im laufenden Batteriebetrieb, wird dieser sofort beendet. Neben den Signalkontakten besitzt das Gerät eine USB-Mini-Schnittstelle. Diese dient zum einen der Parametrierung der USV, um beispielsweise festzulegen, wie lange die USV bei einem Netzausfall die Last versorgen soll, was die Lebensdauer der Batterien erhöht. Außerdem wird per USB-Verbindung der Befehl zum Herunterfahren des PC (Shutdown) bei Netzausfall nach einer einstellbaren Zeit übermittelt.

Kontrolliertes Herunterfahren

Für eine dauerhafte Verbindung mit einem Industrie-PC wird von Phoenix Contact ein USB-Kabel mit Rändelverschraubung angeboten, um das Gerät auch in einer zündfähigen Umgebung betreiben zu können. Zur einmaligen Parametrierung kann aber auch ein Standard-USB-Mini-Kabel verwendet werden. Wenn die Trio-AC-USV die Spannungsversorgung bei Netzausfall übernimmt, kann sie nach einer festgelegten Zeit bei dem angeschlossenen Industrie-PC das kontrollierte Herunterfahren veranlassen. Dafür muss auf dem betreffenden Computer die Software UPS Conf von Phoenix Contact installiert sein. Diese ist kostenfrei herunterladbar und kompatibel mit allen gängigen Windows-Betriebssystemen in der Industrie.

Die USV kann für unterschiedliche Shutdown-Szenarien konfiguriert werden: Braucht der angeschlossene Industrie-PC zum Beispiel zwei Minuten, um herunterzufahren, dann sendet die USV einen Befehl an die im Hintergrund aktive Software UPS Conf, die dann ihrerseits dem PC das Signal zum Herunterfahren gibt. Danach liefert die Trio-AC-USV noch für zwei Minuten die Wechselspannung, damit der Rechner seine Daten sichern, Applikationen schließen und Kommunikationsverbindungen kontrolliert beenden kann. Ist der Industrie-PC dann sicher heruntergefahren, schaltet sich die USV automatisch aus.

Wird eine Maschine in einer Umgebung mit instabilem Netz betrieben, kann die USV auch so konfiguriert werden, dass sie bei Netzausfall für beispielsweise eine Minute die AC-Versorgung übernimmt, ohne dass sofort der PC heruntergefahren werden muss. Kehrt nach der eingestellten Zeit die Netzspannung nicht zurück, wird der Computer wie im ersten Fall kontrolliert heruntergefahren.

Erschienen in Ausgabe: 05/2017