elektro AUTOMATION: DC-Industrie ist ein vom ZVEI initiiertes Projekt, das die Nutzung von Gleichstrom im industriellen Umfeld voranbringen soll. Gemeinsam mit Partnern engagiert sich auch Harting bei diesem Projekt. Können Sie kurz den Inhalt des Projekts beschreiben und erläutern, welche Bedeutung Sie dem Projekt beimessen?
Norbert Gemmeke (Harting): Das Projekt DC-Industrie basiert auf dem Grünbuch der Bundesregierung, das die vorrangige Umsetzung von Energiespar-Maßnahmen und damit den De-Karbonisierungs-Effekt der erneuerbaren Energien einfordert. Anfangs standen die Entwicklung, Anpassung und Erprobung von leistungselektronischen Geräten für die Versorgung ebenso wie das Schützen von DC-Netzen in Produktionszellen im Vordergrund.
Aufbauend darauf zielt DC-Industrie 2 auf die intelligente Kopplung der DC-Netze für Produktionshallen oder prozesstechnische Großanlagen. Die besonderen Herausforderungen liegen in der Entwicklung passender Komponenten und Betriebsmittel sowie in deren Zusammenspiel. Wir arbeiten mit im Projekt DC-Industrie, weil wir ein erhebliches Einspar-Potenzial an Energie und Materialeinsatz sehen und von der Trendwirkung dieser Technologie für einen sinkenden Energieverbrauch überzeugt sind.
elektro AUTOMATION: Im Bereich AC ist normales Stecken und Ziehen von Steckverbindern meist ohne Schaden für Prozesse möglich, bei Gleichstrom wird das nicht mehr so einfach sein. Was bringt die Betreiber von Industrieanlagen trotzdem dazu, nach Alternativen zu AC-Lösungen zu suchen?
Gemmeke: Der Schaden der ‚bei nicht sachgemäßem Gebrauch‘, also beim Ziehen und Stecken unter Last entsteht, ist bei AC und DC nicht zu unterschätzen. Das bezieht sich immer auf drei Aspekte: An erster Stelle steht der Personenschutz, gefolgt von dem Bauteil- und Anlagenschutz. In der Energieversorgung werden die erneuerbaren Energien immer wichtiger. Diese Energieformen sind maßgeblich DC-geprägt. Hinzu kommt das erwähnte Ziel der Energieeinsparung: Bei Einsatz regenerativer Energien entfallen die AC/DC-Konvertierungsverluste.
In Kombination mit den Maßnahmen zur Energierückgewinnung führen sie zu einer insgesamt sinkenden Energieaufnahme aus dem AC-Netz. Das Unternehmen spart Energiekosten und trägt zur Erfüllung von CO2-Emissionsvorgaben bei. Weiterhin können Stromabnahmespitzen durch Einsatz von Energiespeichern reduziert werden, womit sich wiederum Kosten einsparen lassen. In Teilen der Welt, wo Netzausfälle von über drei Sekunden häufiger vorkommen, bietet eine DC-Infrastruktur mit Energiespeichern die Möglichkeit, Ausfälle zu überbrücken.
elektro AUTOMATION: Neben der konventionellen Netzversorgung gewinnen regenerative Energien an Bedeutung. In welchen Applikationen werden die Technologie beziehungsweise wird der Energiemix zum Einsatz kommen? Wo in der Fertigung wird die DC-Nutzung relevant?
Gemmeke: Die Hauptanwendung liegt in der Antriebstechnik. Diese steht für 70 Prozent des Energieverbrauchs in Industrieanlagen. So müssen alle neu angeschafften Drehstrommotoren der Leistungsklasse bis 375 Kilowatt ab dem Jahr 2021 die Energieeffizienzklasse IE3 erfüllen.
elektro AUTOMATION: Was ist Stand der Technik bei Gleichstromschnittstellen? Welche technischen und systemischen Besonderheiten sind zu beachten?
Gemmeke: Für den durchgängigen Einsatz von Gleichstrom brauchen wir ein normiertes Steckgesicht, vergleichbar den CEE-Steckverbindern für Wechselstrom. Entscheidend für die Akzeptanz von DC-Anwendungen ist, dass sie sich sicher stecken und ziehen lassen. Das kann über eine autonome Verriegelung im Steckverbinder geschehen oder durch die Integration in die Steuerung der Anlagentechnik. Alternative wäre eine Edge/Cloud-Lösung. In den Arbeitskreisen der DC-Industrie wurden hierzu erste Konzepte diskutiert.
elektro AUTOMATION: Die Verteilung von Power innerhalb und außerhalb des Schaltschranks ist eine Kernkompetenz von Harting. Welche konkreten Aufgaben hat Harting innerhalb des Projektes übernommen?
Gemmeke: Harting ist assoziierter Partner in den Teil-Projekten Gesamtkonzeption, Energiemanagement und Schutzmaßnahmen. Konkrete Lösungsvorschläge haben wir vor allem zum Thema ‚Schutz‘ beizutragen. Hier gibt es Schwerpunkte wie DC-Abzweige, Selektivität, Isolationsüberwachung und Alterungsverhalten von Isolierstoffen. Aus Letzterem ergeben sich dann zentrale Anforderungen für künftige Schnittstellen.
elektro AUTOMATION: Während einer Presseveranstaltung haben Sie einen Steckverbinder für DC-Industrie angekündigt. Welche technischen Anforderungen haben Sie bei der Entwicklung dieses Steckverbinders berücksichtigt?
Gemmeke: Wir entwickeln unsere Steckverbinder aufgrund von Anforderungen aus den Märkten. Harting ist Spezialist für schwere Steckverbinder. Vor diesem Hintergrund sehen wir derzeit zwei mögliche Ausführungen einer DC-Schnittstelle. Sie unterscheiden sich sowohl in der Ausprägung der Steckgesichter als auch in der Steuerung, die den Verbinder zum Stecken und Ziehen freigibt.
In der ersten Version sind Kontakte für die DC/AC-Versorgung und die Ethernet-Kommunikation vorgesehen. In der zweiten Version sind Kontakte für die DC/AC-Versorgung, Signale, Ethernet-Kommunikation und Pneumatik sowie für die Anbindung der Freigabe von Sensorik/Aktorik an eine Steuerung vorgesehen. Beide Lösungen bieten im erforderlichen Umfang Sicherheit und Schutz, sowohl personen- als auch sachbezogen.
elektro AUTOMATION: Was kann man über die Lösungen beziehungsweise Ansätze von Harting sagen? Sie sprachen von Prototypen, die eine Kommunikation mit SPS oder Cloud aufbauen. Würden Sie die Lösungen im Einzelnen beschreiben?
Gemmeke: Im Anbaugehäuse sind mehrere Sensoren und Aktoren für die Verriegelung und Bedienung eingesetzt. In zwei Design-Studien werden Sensorik und Aktorik unterschiedlich in die Kommunikation eingebunden. In einer Version wird die Freigabe für das Stecken und Ziehen des Steckverbinders über eine SPS gesteuert und mit der übergeordneten IT-Ebene kommuniziert. In der zweiten Lösung wurde die Steuerung des Steckverbinders direkt in Form einer kleinen Elektronik integriert, die über einen einfachen Ethernet-basierten Anschluss kommuniziert.
Der Vorteil der integrierten Variante liegt in der nahtlosen Einbindung in die IT-basierte übergeordnete Steuerung (Factory Cloud) per IP-basierter Kommunikation. Die Anwendungsfälle Stecken und Ziehen sind „Operationen“ im Zuge der Umrüstung einer Maschine oder eines Maschinenteils. Diese zweite Lösung kann den Aufwand deutlich reduzieren. Zudem ist die wesentlichste Sicherheitsfunktion Verriegelung unter Last in dieser Variante vollständig im Steckverbinder integriert. Beide Ansätze befinden sich noch im Prototypenstatus und stehen für erste Anwendungen in DC-Anlagen zur Verfügung.
elektro AUTOMATION: Im Oktober letzten Jahres wurde das Forschungsprojekt DC Industrie 2 gestartet. Das Gleichstromnetz soll zu einem intelligenten DC-Netz für eine Produktionshalle ausgeweitet werden. In welchen Zeiträumen könnten Anwendungen realisiert sein?
Gemmeke: DC Industrie 2 läuft bis 2022 und bezieht eine Reihe von Modellanlagen mit ein. Schwerpunkte liegen auf dem Nutzen für das Netz, auf der Modularität sowie der räumlichen Ausdehnung der Infrastruktur über ganze Fabriken. Die Erstellung von Spezifikationen ist dabei eine wichtige Voraussetzung für die Umsetzung von DC-Anwendungen.
Die zweite Projektphase widmet sich einer möglichen intelligenten Versorgung auf der Grundlage von Industrie 4.0 und Maßnahmen zur Energieeffizienz. Entscheidend ist eine einfache Anbindung der erneuerbaren Energiequellen und der flexible Einsatz von Energie. Normierung und Standardisierung müssen miteinander einhergehen. Spezifikationen und Konzepte werden wir in Modellanlagen testen. Anwendungen im Sinne von einsetzbaren Serienbauteilen werden, je nach Projektfortschritt, 2023 vorliegen.
Weitere Informationen beim ZVEI
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