Eine 24-VDC-Stromversorgung und -verteilung in einer Industrie-Anlage ist oft klassisch aufgebaut. Im Regelfall liefern zwei redundante Stromquellen die benötigte Energie. Diese wird dann über Entkopplungsdioden auf die Speisespannungsschiene der Stromverteilung verdrahtet und an die Schutzelemente wie Schutzschalter oder Sicherungen angeschlossen. Diese wiederum leiten die Ströme zu den einzelnen Verbrauchern. Die Rückleitungen der Lasten werden im Regelfall über ein weiteres Rangierfeld kontaktiert.
Der klassische Aufbau hat Grenzen
Bei dieser Vorgehensweise gilt es im Vorfeld, Anzahl, Auslösekennlinien und Nennwerte der Sicherungselemente festzulegen, da nach dem Verdrahten Änderungen nur noch mit großem Aufwand möglich sind. Auf diese Weise sind je nach Anzahl der zu schützenden Abgänge in einem Schaltschrank schnell einige Reihen belegt. Der Techniker erhält außerdem bei laufendem Betrieb kaum Informationen über die Verteilung der Lastkreise oder den Zustand der Stromversorgung. Eine Statusmeldung über das Auslösen eines Elementes ist oft die einzige Rückmeldung und kommt häufig viel zu spät.
Dazu gibt es eine sichere, platzsparende und zuverlässige Alternative, die eine vorbeugende Sichtweise unterstützt. Als Beispiel dient eine Anlage mit 24 Lastkreisen. Für diese ist eine redundante Stromversorgung, -verteilung und -absicherung auf Basis von 24 VDC aufzubauen. Sie soll den Strombedarf von maximal 80 A inklusive Reserve decken. Dazu werden zunächst zwei unabhängige Stromquellen mit je 80 A benötigt. Im Normalbetrieb liefern beide Geräte jeweils die halbe Leistung. Fällt jedoch eine Quelle aus, übernimmt die verbleibende die komplette Versorgung. Zur Sicherstellung des Übergangs werden beide Geräte über 80-A-Entkopplungsdioden parallel auf die Plus-Potenzialschiene der Verteilung verdrahtet. Die Minuspole liegen ohne Dioden auf den entsprechenden Anschlüssen.
Servicefreundliche Konstruktion
Das Stromverteilungssystem besteht aus einem Aluminiumgehäuse, das sich mit nur vier Schrauben auf der Montageplatte im Schaltschrank befestigen lässt. Das spart Montagezeit. Das Gehäuse ist 133 mm (3 HE) hoch und 482 mm (19 Zoll) breit. Auf der Rückseite im Gehäuse sind bereits die Entkopplungsdioden samt notwendiger Kühlkörper untergebracht. In Kombination mit vier ausreichend dimensionierten Einspeiseklemmen bis 25 mm² für die beiden Versorgungen bildet dies die Leistungs-Einspeiseseite. Auf der Lastseite finden sich Plätze zum Stecken der elektronischen Überstromsicherungen, um die 24 Verbraucherkreise abzusichern. Diese beinhalten bereits die zugehörigen Anschlussklemmen mit Push-In-Technologie für die Lastleitungen mit einem Querschnitt bis 2,5 mm² bzw. 10 A Nennstrom. Da alle Komponenten frei von vorne zugänglich sind, lassen sich der Verdrahtungsaufwand und die Installationskosten minimieren. Die Sicherungsautomaten werden einfach gesteckt, eine spätere Nachrüstung oder Änderung der Bestückung ist jederzeit möglich.
Intelligenz an Bord
Die elektronischen Sicherungsautomaten bieten abhängig vom Typ die Möglichkeit, sich per Datenbus fernsteuern, einstellen und überwachen zu lassen. Zu den Parametern zählen Auslöseverhalten, Nennstrom oder Schwellwerte für eine Vorwarnung. Außerdem können bei laufendem Betrieb kontinuierlich Informationen aus jedem einzelnen Überstromschutzelement ausgelesen werden. Jeder Sicherungsautomat zeigt den Status auch vor Ort mittels farbiger LED an. Außerdem ist eine Verbindung mit dem Stromverteilungssystem per USB-Schnittstelle möglich. Mittels Servicesoftware lässt sich der Zustand der Lastkreise auf dem Bildschirm darstellen.
Dem Anwender bieten sich zwei Möglichkeiten zur Fernsteuerung: Zum einen über den Bus, zum anderen über die Serviceschnittstelle vor Ort. Zur vorbeugenden Diagnose lassen sich beispielsweise die Strom- und Spannungszustände und auch die Betriebstemperaturen des absichernden Elementes auslesen. Dadurch ist es möglich, Rückschlüsse auf den Zustand jedes einzelnen Lastkreises zu ziehen. Kommt es zu einer Auslösung, bekommt der Anwender die Art des Fehlers angezeigt. Dies kann ein Kurzschluss, eine Überlast oder ein Probleme mit der Versorgungsspannung sein. Ein interner Ereigniszähler gibt über die Häufigkeit eines Fehlers Auskunft. Mithilfe eines auslesbaren Oszillogramms lassen sich Spannungs- und Stromverlauf vor der letzten Auslösung betrachten und auswerten. So ist die Ursache einfach zu finden und der Fehler leicht zu beheben. Die elektronischen Sicherungsautomaten verfügen über eine Strombegrenzung. Diese lässt im Fehlerfall nur einen Laststrom zu, der geringfügig über dem eingestellten Nennstrom liegt. So schützt die Elektronik angeschlossene Leitungen und Lasten. Das System erkennt, wenn Überlasten oder Kurzschlüsse drohen, schaltet ab und informiert das Bedienpersonal, das Gegenmaßnahmen ergreifen kann.
Herzstück Controller
Im Stromverteilungssystem sind alle Komponenten für eine Kommunikation über Profinet oder Profibus-DP vernetzt. Intelligentes Herzstück des Systems ist der Buscontroller CPC10. Er sammelt die Daten der 24 Teilnehmer und stellt sie der Steuerung oder einem übergeordneten System zur Verfügung. Die interne Datenkommunikation erfolgt über die kompakte integrierte Leiterplatte. Darauf sind auch alle Lastanschlussklemmen angeordnet.
Für den einfachen Anschluss der externen Leitungen wird ein mit Rangierbügeln bestücktes Modul ab Werk angedockt. So benötigt die Stromverteilung lediglich einen Bauraum von 4 Höheneinheiten bei 19 Zoll Breite. Durch die Drehung der seitlichen Montageflansche um 180° nach vorne lässt sich das Stromverteilungssystem auch in ein 19-Zoll-Standard-Rack frontseitig einbauen. So entfällt die Lagerhaltung verschiedener Ausführungen des PDM-CP. ge
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das Stromverteilungssystem
