Flachleitungs-Energiebus-System ersetzt traditionellen Leistungsanschluss Dezentrale Energieverteilung in Anlagen - wirautomatisierer

Flachleitungs-Energiebus-System ersetzt traditionellen Leistungsanschluss

Dezentrale Energieverteilung in Anlagen

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In der Steuerungsebene wurde die Parallelverdrahtung weitgehend durch den Feldbus ersetzt. Parallel dazu wird der sternförmige Anschluss von Verbrauchern der seriellen Anbindung an ein Energiebussystem weichen müssen. Das Energiebuskonzept podis Connective Concept entspricht bereits dieser Entwicklung. Die Basis bildet eine mehradrige Flachleitung, die sowohl Haupt- als auch Hilfsenergie überträgt. An jeder beliebigen Stelle können neue Verbraucher ohne Leitungsunterbrechung eingebunden werden.
Dipl.-Ing. Ralf Coors ist Produktmanager für die Podis-Reihe bei Wieland Electric in Bamberg
Der Energiebus ist von der Leis-tungsquelle bis zur Motorsteuerung durchgängig und ermöglicht neben Einspeisung und Energieverteilung auch den Anschluss feldbusfähiger Motorsteuereinheiten. Das Konzept ist nach dem Baukastenprinzip aufgebaut. Zusammen mit dem Verbindungssystem des Herstellers werden Installationsfehler vermieden, Anlagen lassen sich kostengünstig und übersichtlich planen und die Installa-tionszeiten werden erheblich verkürzt.
Heute wird die Energieverteilung aus dem Schaltschrank heraus sternförmig zu den einzelnen Geräten geführt. Dies bedeutet einen hohen Kosten-aufwand bei Planung und Installation. Flexible Reaktionen während der Inbetriebnahme und im Fehlerfall sind nur bedingt möglich. Insbesondere betrifft das die Fördertechnik, wo im hohen Maße vorhandene und weit verteilte Antriebe einen großen Teil der Anlage ausmachen.
Diesem kostenintensiven Aufbau kann durch eine ergonomische Energieverteilung und die Verlagerung der Steuerungstechnik zum Antrieb 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 oder Um-gebungstemperatur unterstützt. Der Markt verlangt 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.
Energieverteilung im Baukastenformat
Die einfachste Art, Energie zu verteilen, sind massive Stromschienen, auf die die Geräte aufgeschnappt werden und die diese 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 IP65, entsprechend anzupassen. Die von Wieland mit podis Connective Concept geschaffene Lösung umfasst die beiden Bereiche Energieverteilung (podiscon) und Motorsteuereinheiten (podisdrive). Die Energieverteilung wird in diesem neuarti-gen Energiebus-System von flexiblen Stromschienen in Form von Flachleitungen übernommen. 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) und mit Schutzart IP65. Das System podiscon nutzt T-Anschlussmodule, die mittels Durchdringungstechnik auf der Flachleitung an jeder 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 gesis (Leistungsversorgung im Gebäude). Um Fehler wie die Verpolung bei der Geräteinstallation auszuschlie-ßen, sind die Flachleitungen zusätzlich mit einer Codierleiste versehen.
Im Bereich der Hauptenergieversorgung steht eine fünfadrige (L1-L3,N,PE) 16-mm²-Flachleitung zur Verfügung und die dezentralen Feldgeräte erhalten ihre Energie sowie Signale über eine siebenadrige (L1-L3, N, PE, 2 Adern, 24 V) 2,5-mm²-Leitungsvariante. Weitere Querschnitte (z.B. 6 mm²) befinden sich in der Entwicklung. Der Abschluss an den Leitungsenden erfolgt über dafür vorgesehene Endstücke in IP65. Je nach Anwendung erfolgt die Leitungsinstallation im Kabelkanal oder über frei montierbare Leitungsbefestigungen. Die T-Anschlussmodule stehen mit einem Rundkabel-anschluss oder als steckbare Variante in Form eines schweren Steckverbinders zur Verfügung. Der Aufbau entspricht den indust-riellen Anforderungen hinsichtlich Isolierung, Säure- und Ölbeständigkeit sowie Halogenfreiheit. UL, CSA und weitere Zulassungen sind in Vorbereitung.
Motor-Manager vor Ort
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 dem dezentralen Konzept von podis auf die Länge der Anschlussleitung zu den auf der Flachleitung adaptierbaren Motorsteuereinheiten podisdrive.
Häufig werden in der Fördertechnik 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. Weiteres wichtiges Kriterium für die Auswahl eines Automatisierungskonzepts ist die Möglichkeit, die wichtigs-ten Feldbusse bedienen zu können und eine hohe Anlagenverfügbarkeit durch modularen Aufbau.
Neben der effizienten Einbindung von Standardgeräten bietet podisdrive feldbusfähige Motorsteuereinheiten in IP65. Die Energieversorgung erfolgt hier über eine 2,5 mm² starke Flachleitung, die neben den fünf Adern für die 400 V (500 V) Versorgung zusätzlich über zwei Adern für die feldseitige Steuerspannung von 24 VDC verfügt. Ein Flachleitungsadapter in steckbarer Ausführung ist Bestandteil eines Trägermoduls, wobei die Montage der Flachleitung in der zuvor beschriebenen Weise mittels Durchdringungstechnik erfolgt. Motorstarter- oder 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. Podisdrive-Motorsteuereinheiten unterstützen den Einsatz unter Profibus-DP, AS-Interface und Devicenet mit allen notwendigen Steuerfunktionen in einem Modul bei einer Leistung von zurzeit maximal 1,1 kW.
In allen Geräten wird der Motor über voll-elektronische Schutzschalter gesichert. 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. 400-V-Wechselstrom-Bremsen können ebenfalls angeschlossen und über den Bus gesteuert werden. Der interne Erweiterungsbus ermöglicht es dem Anwender, bis zu vier weitere Steuereinheiten mit vollständiger Funktionalität unter einer einzigen Feldbusadresse einzubinden.
Das gesamte System bestehend aus dem Energiebus und den Motorsteuereinheiten bietet ein hohes Potenzial an Einsparungen. Erste Erfahrungen bestätigen diesen Aspekt des dezentralen podis-Konzeptes: Der Kabelaufwand wird reduziert, die Montage sowie 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 beim Anschluss von fünf Motorsteuereinheiten eine Ersparnis von 10% gegenüber der herkömmlichen Technik. Bei größeren Anlagen kann diese bis zu 25% betragen.
Ausblick und Fazit
Die Einbindung der Frequenzumrichter und Motorstarter erfolgt heute fast ausschließlich als Slave in einem gängigen Feldbussystem. Die Zukunft liegt jedoch in der verteilten Intelligenz mit Multimaster-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 unter anderem den in der Industrie etablierten Feldbus CAN. Der Entwicklungstrend geht zur dezentralen Automatisierung räumlich ausgedehnter Produktionsanlagen. So wie die Feldbustechnik die Automatisierungstechnik gewandelt hat, werden auch dezentrale Installations-systeme Eingang in diesen Bereich finden. 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.
Weitere Informationen eA 506
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