Phoenix Contact mit Wechselspannungs-USV IPCs unterbrechungsfrei mit 230 VAC versorgen - KEM

Phoenix Contact mit Wechselspannungs-USV

IPCs unterbrechungsfrei mit 230 VAC versorgen

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

Christoph Manegold, Corporate Communications, Phoenix Contact

Auch wenn in der Automation unbestritten 24 VDC das Maß aller Dinge ist, gibt es nach wie vor Verbraucher im industriellen Einsatz, die auf 230 VAC oder – zum Beispiel in den USA – auf 120 VAC angewiesen sind. Hierbei sind insbesondere Industrie-PCs zu nennen, aber auch bestimmte SPS-Typen oder Aktoren müssen mit Wechselspannung versorgt werden. Gerade im Maschinenbau sind bei kleineren Stückzahlen oder auch bei Anlagen mit Industrie-PCs oder Kameras Spannungsversorgungen im Schaltschrank mit 230 und 120 V sehr verbreitet.

Wenn höhere Ausfallsichersicherheit 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 PCs und aller angeschlossenen 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 in der Prozesstechnik oder dem Schiffbau sind nicht erreichbar.

Aufgrund ihrer Größe können die Geräte nicht in den Schaltschränken installiert werden, so dass 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 ein 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 VAC sowie mit 120 VAC für den US-Markt.

Ausstattung des Geräts

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 durch die Push-in-Anschlusstechnik und die Kunststofffront geprägt.

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 V und 50 Hz innerhalb von 6 ms auf Batterieversorgung um.

Die eingebaute Batterie mit 3,4 Ah liefert für 1,5 min maximal 600 W. Ein weiterer Energiespeicher mit 3,4 Ah von Phoenix Contact lässt sich verbinden, was die Entnahmezeit für den Maximalstrom auf 4 min erhöht. Die Energiespeicher sind in wartungsfreier VRLA-Technik (Valve-regulated lead acid – ventilgesteuerte Bleisäurebatterie) ausgeführt. Sie können in einem Temperaturbereich von 0 bis 40 °C betrieben werden.

Signalkontakte

Das Gerät besitzt umfangreiche Signalkontakte, die im Schaltschrank mitverdrahtet werden und von einer speicherprogrammierbaren Steuerung ausgelesen werden können.

  • ‚Alarm‘: Batteriefehler
  • ‚Bat-Mode‘: Batteriebetrieb
  • ‚Remote‘: Batteriebetrieb beenden
  • ‚Bat-Start‘: Start der USV ohne Netzspannung
  • ‚SGND‘: Signal Ground

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 diesem 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.

USB-Schnittstelle

Neben den Signalkontakten besitzt das Gerät eine USB-Mini-Schnittstelle. Diese dient zum einen für die Parametrierung der USV, um beispielsweise festzulegen, wie lange die USV bei einem Netzausfall die Last versorgen soll, um die Lebensdauer der Batterien zu erhöhen. Außerdem wird per USB-Verbindung der Befehl zum Herunterfahren des PC (Shutdown) bei Netzausfall nach einer einstellbaren Zeit übermittelt.

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 ist 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 2 min , 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 2 min 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. co

Weitere Infos zu Wechselspannungs-USVen:hhttp://t1p.de/scok


PLUS

USV-Technologien im Überblick

Generell werden USV-Geräte in drei verschiedene Technologien unterteilt. Diese werden nach IEC 62040-3 folgendermaßen bezeichnet:

  • Voltage-Frequency-Dependent (VFD)
  • Voltage-Independent (VI)
  • Voltage-Frequency-Independent (VFI)

VFD (Offline-Konzept)

Das für industrielle Anwendungen am häufigsten benutzte Konzept für unterbrechungsfreie Stromversorgungen ist der Standby- oder Bereitschaftsbetrieb. Dabei werden die angeschlossenen Verbraucher im Normalbetrieb direkt mit der Wechselspannung aus dem Netz mit Strom versorgt. Zusätzlich wird vom Eingang ein Gleichrichter gespeist, der die Akkumulatoren lädt. Erst wenn die Netzspannung ausfällt oder außerhalb des Toleranzbereichs liegt, schaltet das USV-System in höchstens 10 ms von der Netzspannungsleitung auf die Backup-Versorgung um, die aus Akku und Wechselrichter besteht. Die Umschaltzeit reicht aus, um Personal Computer und andere mit Kondensator gepufferte AC-Verbraucher störungsfrei weiter zu betreiben und anschließend, falls erforderlich, kontrolliert herunterzufahren.

Im Normalbetrieb ist die Höhe und die Frequenz der Ausgangsspannung direkt von der Eingangsspannung abhängig. Daher wird diese Art von USVen oft als ‚Offline‘ oder ‚passiv‘ bezeichnet.

VI (Line-Interactive)

Beim Line-Interactive-Konzept läuft die akkubetriebene Stromversorgung parallel zur Netzspannungsversorgung. Die Geräte überwachen die tolerierbaren Grenzwerte und halten die Versorgungsspannung über die Regelung und Spannungsverstärkung innerhalb der Grenzwerte. Erst bei Ausfall der Versorgungsspannung schaltet die Elektronik innerhalb von höchstens 4 ms auf Akkubetrieb um.

VFI (Online)

Bei dieser Betriebsart werden die Verbraucher auch im Normalbetrieb dauerhaft durch den Wechselrichter der USV versorgt. Im ersten Schritt wird die Netzspannung durch den Gleichrichter in eine Gleichspannung umgewandelt. Im zweiten Schritt wird dann durch den Wechselrichter aus der Gleichspannung eine von der Netzspannung unabhängige Wechselspannung generiert, somit ist das Ausgangssignal der USV (Spannung und Frequenz) vollkommen frei von netzseitigen Störungen. Auf Grund dieser zweimaligen Wandlung der Energie werden diese Art von USVen auch ‚Doppel-Wandler‘ genannt. Bei diesem Konzept werden Netzstörungen zu 100 % vermieden und die Transferzeit beträgt 0 s. Während des Normalbetriebs wird die Gleichspannung zur ständigen Aufladung der Akkus benutzt. Nachteilig ist allerdings der verringerte Wirkungsgrad durch die doppelte Umwandlung des Eingangsstroms und die höhere Belastung der Komponenten durch den Dauerbetrieb.

Voltage-Frequency-Dependent (VFD) Voltage-Independent (VI) Voltage-Frequency-Independent (VFI)
Bild: Phoenix Contact
Voltage-Frequency-Dependent (VFD) Voltage-Independent (VI) Voltage-Frequency-Independent (VFI)
Bild: Phoenix Contact
Voltage-Frequency-Dependent (VFD) Voltage-Independent (VI) Voltage-Frequency-Independent (VFI)
Bild: Phoenix Contact
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