Wir haben mit der PSU 8600 eine neue Kategorie Stromversorgungssysteme definiert. 
Eckard Eberle (links) und Gunther Klima

Wir haben mit der PSU 8600 eine neue Kategorie Stromversorgungssysteme definiert.
Eckard Eberle (links) und Gunther KlimaRedaktion IEE/Renate Schildheuer

Stromversorgungen sind commodity, ein Standardgerät. Dieses Meinungsbild im Markt wollen sie nun mit der neuen Baureihe ändern?

Eckard Eberle: Wir machen den nächsten Quantensprung, vergleichbar mit der Einführung geregelter Stromversorgungen ab etwa Anfang der 90er Jahre. Dies ermöglichte einen kompakteren und leichteren Aufbau, höhere Wirkungsgrade sowie wesentlich stabilere Ausgangsspannungen. Uns ging es immer schon darum, über das Produkt Stromversorgung hinaus zu denken.

Gunther Klima: Also auch über das reine Produkt Stromversorgung hinaus der Frage nachzugehen: Was kann man tun, wenn das Netz auf der Primärseite ausfällt und was passiert bei Fehlern auf der Sekundärseite? Unsere Antworten darauf waren die Pufferung mit DC-USV und der elektronische Abzweigschutz – zwei wichtige Erweiterungen, um einen Ausfall der 24-V-Ebene im Schaltschrank zu vermeiden. Bei der neuen Sitop-Baureihe kommen jetzt zwei weitere Punkte ins Spiel: die Kommunikation über Profinet und die Einbindung in Totally Integrated Automation.

Warum sollte die Kommunikation so entscheidend sein?

Eckard Eberle: Vernetzung bringt Transparenz – jetzt endlich auch in die Stromversorgungsebene. Das Netzteil ist ebenso wie ein Antrieb oder eine SPS entscheidend für die Verfügbarkeit und die Laufzeiten von Maschinen. Denn Störungen dort betreffen unmittelbar alle mit Energie versorgten Automatisierungsgeräte. Deswegen haben wir schon länger überlegt, wie wir unsere Netzteile in die Automatisierung integrieren können, um eine umfassende Diagnose sicherzustellen.

TIA-Integration und Profinet-Kommunikation machen das Netzteil zum Stromversorgungssystem.
Gunther Klima

TIA-Integration und Profinet-Kommunikation machen das Netzteil zum Stromversorgungssystem.
Gunther KlimaRedaktion IEE/Renate Schildheuer

Letztes Jahr haben Sie doch eine unterbrechungsfreie Stromversorgung in der Richtung vorgestellt.

Gunther Klima: Das war der erste Schritt. Die UPS1600 mit Profinet-­Anbindung hat Aufsehen erregt. Vor allem die Simatic-Anwender haben erkannt: Da wächst etwas aus der Stromversorgungsebene in die Steuerungsebene hinein.

Warum die DC-USV zuerst?

Gunther Klima: Wer eine USV einsetzt, ist bereits sensibilisiert für die Verfügbarkeit seiner 24-V-Ebene und will über deren Zustand Bescheid wissen, etwa wenn sich ein Problem mit den Batteriestandzeiten infolge des Alterungsprozesses ankündigt. Bisher stehen solche Informationen über digitale Signale oder eine USB-Schnittstelle zur Verfügung. Mit der Profinet-Anbindung erreichen wir nun eine ganz andere Informationstiefe und eine wesentlich engere Verzahnung mit der Automatisierungsebene: Informationen wie der Ladezustand oder die Batteriekapazität lassen sich einfach in der übergeordneten Steuerung auswerten und der Status kann in die Visualisierung eingebunden werden.
Eckard Eberle: Ein weiterer Nutzen ist die Verfügbarkeit bei Netzinstabilitäten. Bislang sind wir alle ein überaus stabiles Netz gewohnt. Was die Frequenz und kurze Netzeinbrüche betrifft, haben wir aber auch in Deutschland längst nicht mehr die Qualität früherer Jahre. Und praktisch alle Automatisierungssysteme reagieren durchaus sensibel, wenn die Unterbrechungen über 50 ms, 100 ms hinausgehen. Solche Netzinstabilitäten werden zunehmen – und damit die Wichtigkeit des Themas.

Ist das Bewusstsein bei den Anwendern vorhanden, dass ihnen die Stromversorgung wichtig sein sollte?

Gunther Klima: Anwender, die verkettete Prozesse oder große Anlagen betreiben, sind schon lange sensibilisiert und haben in der Vergangenheit den Anstoß zu Entwicklungen wie der selektiven Abschaltung einzelner Kanäle gegeben. Der Wunsch nach einer stärkeren Verzahnung mit der Automatisierung kommt auch aus diesen Bereichen. Jetzt haben wir eine Lösung dafür entwickelt, die gleichzeitig das Tor für neue kreative Anwendungen weit aufstößt. Wir sehen das deutlich anhand der Ideen, die unsere ersten Anwender bereits entwickeln.

Die Anbindung der Netzteile über Profinet war also eine Forderung der Anwender aus dem Anlagenbau?

Gunther Klima: Das war eine Mischung aus Kundenanforderung und eigener Produkt-Roadmap: Einige Kunden wollten den Status der Batterien auch in der Steuerung verarbeiten können. Bei der Selek­tivität kam schnell der Wunsch auf, den Ausgang nicht nur zu überwachen, sondern auch zu schalten. Da schwingt natürlich das Thema Energiemanagement mit. Solche konkreten Anforderungen haben wir in unser eigenes Bild einer idealen Stromversorgung eingefügt. Dessen Grundlage waren wiederum intensive Kundenbefragungen. Die wichtigste Frage war dabei: Was ist – bezogen auf die Stromversorgung – der größte Nutzen oder der größte Schaden, der in einer Anlage auftreten kann?

Die Kommunikationsfähigkeit sorgt für einen transparenten Lifecycle.
Eckard Eberle

Die Kommunikationsfähigkeit sorgt für einen transparenten Lifecycle.
Eckard EberleRedaktion IEE/Renate Schildheuer

Eckard Eberle: Ein weiterer Aspekt ist der typische Lifecycle von Anlagen. Über die Jahre gibt es immer wieder Erweiterungen und Optimierungen. Das heißt, neue Aggregate oder zusätzliche Sensoren werden ergänzt. Hat der Elektriker dann nach mehreren Aus- oder Umbauten am Ende noch den Überblick, welche Verbraucher das Netzgerät versorgt? Und wie ausgelastet oder überlastet ist eigentlich das Netzteil? Hier sorgt jetzt die Kommunikationsfähigkeit für Klarheit, ob ein Ausgang noch Reserve für weitere Verbraucher hat.

Das beginnt sogar schon mit der Installation. Bis die Anlage in Betrieb geht, ist sie häufig schon nicht mehr das, was ursprünglich einmal geplant war. Auch diesen Aspekt deckt die Kommunikationsfähigkeit der Netzteile ab: Der Projekteur kann ein aktuelles Abbild der Stromversorgung mit Typ, Nennleistung oder Ausbaugrad auslesen; der Inbetriebnehmer sieht die Einstellung der Parameter und welche Last jeder Abzweig wirklich versorgt.

Gunther Klima: Was uns bei den ersten Gesprächen mit unseren Leitkunden überrascht hat, ist deren Kreativität, in Bezug darauf, was sie alles damit realisieren könnten.
Welches sind denn die typischen Usecases?

Fast immer sind unterschiedliche Spannungen bereitzustellen. Bei ausgedehnten Anlagen mit langen Anschlussleitungen zu einzelnen Verbrauchern müssen etwa Spannungsabfälle kompensiert werden – mit einer höheren Einspeise-Spannung. Eigentlich sind dafür mehrere Netzteile im Schaltschrank notwendig. Unser Grundgerät hat dafür bereits vier Abzweige, die individuell parametrierbar und elektronisch gegen Überlast geschützt sind. Praktisch sind das vier Stromversorgungen mit einer beliebig zwischen 11 und 28 V einstellbaren Ausgangsspannung. Und diese Funktionen sind ebenso am Gerät wie auch über Profinet oder bequem im TIA-Portal parametrierbar.

Wenn alles im TIA-Portal projektierbar ist, geht das dann auch offline?

Gunther Klima: Das ist der springende Punkt. Die Parametrierbarkeit funktioniert nicht nur wenn die Kommunikation mit dem Gerät steht, sondern auch manuell am Gerät selbst, beispielsweise für die Inbetriebnahme. Und diese Daten lassen sich auch in das TIA-Portal übernehmen.

Später, wenn die Anlage läuft, sind die Möglichkeiten über die Vernetzung und Transparenz ungleich größer: Sie können sämtliche Daten auslesen, Ströme und Spannungen erfassen und im System hinterlegen. Die Abschaltschwellen der Ausgänge lassen sich dynamisch anpassen. Nach einer Anlagenerweiterung beispielsweise wird der Ausgang einfach der neuen Lastsituation angepasst. Und anhand der Energiedaten sieht der Elektriker genau, wie die tatsächlichen Lastverhältnisse an den Ausgängen sind – kanalgenau.

Eckard Eberle: Die Stromversorgung ist nun ein weiterer Baustein von Totally Integrated Automation – ein Thema, das wir seit Mitte, Ende der 90er Jahre vorantreiben. Unser Anspruch ist dabei: Erstens, jedes Gerät muss für sich konkurrenzfähig sein, zusätzliche Funktionen und Wettbewerbsvorteile gegenüber anderen Anbietern bringen. Zweitens, schaffen wir darüber hinaus durch die Verbindung der Geräte untereinander im System weiteren Nutzen. Die neue Sitop PSU8600 ist hierfür ein Paradebeispiel.

Der Mehrwert ist die völlige Transparenz und Flexibilität. Anwender können die PSU8600 – auch in der Betriebsphase – fast beliebig erweitern, etwa weitere Ausgänge mit Abzweigschutz ergänzen oder eine Pufferung integrieren. Das ist keine typische Stromversorgung mehr, wie man sie bisher kennt, sondern viel mehr. Deshalb bezeichnen wir die Baureihe auch als Stromversorgungssystem.

Es gibt eine riesige installierte Basis. Denken Sie darüber nach, diese Intelligenz nachrüstbar zu machen?

Gunther Klima: Bei Modernisierungen läuft es auf den Austausch der bisherigen Stromversorgungen hinaus. Was natürlich immer geht, ist neue Anlagenteile damit auszurüsten und so sukzessive Transparenz in die 24-V-Ebene zu bringen.

Eckard Eberle: Wenn in den Anlagen Profinet verwendet wird, dann sind die Stromversorgungssysteme schnell in die Automatisierung eingebunden. In Verbindung mit dem TIA-Portal funktioniert das System natürlich Plug and Play. Über Funktionsbausteine für die Simatic S7 stehen die Daten auch für die Visualisierung zur Verfügung.

Gunther Klima: Wir haben für unsere Visualisierungssysteme Bildbausteine zum Monitoring sämtlicher Betriebs- und Diagnoseinformationen realisiert, die dem Bediener das Aufspüren von Störungen und sporadischen Fehlern erleichtern.
Wie muss ich mir die Integration konkret vorstellen.

Für die effektive Integration in die typischen Linienstrukturen bei Profinet hat jedes Gerät einen Zwei-Port-Switch. Die Projektierung erfolgt mit den bekannten Mechanismen des TIA-Portals, wie Geräteauswahl im HW-Katalog, Netzwerkeinbindung und Geräteparametrierung. Der Unterschied zur existierenden DC-USV sind die zusätzlichen Parametrierungsfunktionen für den elektronischen Abzweigschutz, die Einstellung der Ausgangsspannungen oder der Einschaltreihenfolge der Ausgänge.

Für welche Branchen ist das System besonders interessant?

Eckard Eberle: Die stärkste Resonanz bekommen wir aus dem Automobilbau, dem Maschinen- und Anlagenbau und ganz klar auch aus der Prozessindustrie.

TIA-Integration und Profinet-Kommunikation machen das Netzteil zum Stromversorgungssystem.
Gunther Klima

TIA-Integration und Profinet-Kommunikation machen das Netzteil zum Stromversorgungssystem.
Gunther KlimaRedaktion IEE/Renate Schildheuer

Die Prozessindustrie nutzt doch eher Ihr Prozessleitsystem PCS 7.

Gunther Klima: Mit der integrierten Profinet-Schnittstelle ist bereits die Voraussetzung geschaffen. Derzeit arbeiten wir daran, das Stromversorgungssystem auch in die Projektierung und das Engineering von PCS 7 einzubinden.

Eckard Eberle: Was das Interesse der Branchen betrifft, so ist das auch eine Frage der Anlagenzyklen. Ein Automobilhersteller tauscht oder rüstet seine Produktionslinien häufiger. Die Zyklen werden jetzt zwar auch länger, aber nach rund acht Jahren ist eine Anlage praktisch rundum erneuert. Prozessanlagen haben dagegen viel längere Standzeiten, während der sie natürlich auch gewartet, erweitert und optimiert werden. Aber nichtsdestotrotz: Die Anforderungen sind die gleichen.

Das Kommunikationsprofil ihrer Netzteile, ist das frei verfügbar?

Gunther Klima: Wir sind auf der Profinet-Seite völlig transparent, sodass andere Anwender mit ihren Systemen sich an die Stromversorgung andocken und die Daten verwenden können. Zudem hat jedes Basismodul einen integrierten Webserver, auf den man über Ethernet auch remote zugreifen und die Überwachung oder Diagnose der Stromversorgung vornehmen kann.

Plug and Play funktioniert natürlich nur im TIA-Verbund.

Eckard Eberle: Einen gewissen Vorteil in der Durchgängigkeit innerhalb des eigenen Automatisierungsportfolios darf der Anwender auch erwarten und muss man uns auch zugestehen. Grundsätzlich sind unsere Produkte offen und harmonieren mit anderen Systemen. Schließlich ist die Industrie heterogen, sodass unterschiedliche Produkte kombinierbar sein müssen. Aber wir bieten natürlich den kleinen Vorteil, den der Kunde auch sieht.

Wie sieht es mit Rückwärtskompatibilität aus? Die Migration aufs TIA-Portal ist doch noch im vollen Gang.

Eckard Eberle: Wir unterstützen mit der PSU8600 unsere Steuerungen ­Simatic S7-300, -400, -1200 und -1500. Neben der Projektierung im TIA-Portal ist natürlich auch die Projektierung in Step 7 möglich.

Harmoniert die Kommunikation auch mit dem Profienergy-Profil?

Gunther Klima: Bereits über das SPS-Programm können einzelne Ausgänge gezielt zu- und abgeschaltet werden. Ebenso unterstützen wir Abschaltreihenfolgen gemäß dem Profienergy-Profil, etwa wenn eine Anlage in definierte Pausenzustände fahren soll. Der Projekteur braucht hierzu lediglich im TIA-Portal die einzelnen Ausgänge der PSU8600 dem gewünschten Pausenszenario zuzuordnen. Über die PSU8600 lassen sich so auch Verbraucher ohne Profinet-Kommunikation oder ohne Profienergy-Unterstützung mit in das Energiemanagement einbinden.

Rechnet sich die Abschaltung der 24-V-Ebene überhaupt?

Eckard Eberle: Man darf es nicht unterschätzen. Natürlich bringt die Umstellung eines 1-MW-Motors von IE2 auf IE3 eine ziemlich große Einsparung. Aber wir sehen, dass Kunden immer öfter auch auf der 24-V-Seite auf solche Themen achten. Es gibt EU-Richtlinien, die für verschiedene Geräte und Maschinen Grenzwerte beim Verbrauch vorschreiben.

Ich war auch einige Jahre Standortleiter im Gerätewerk in Amberg. Wir hatten dort bereits vor Jahren die Diskussion: Schalten wir am Freitagabend die Anlagen ab, weil wir nur zwei Schichten haben? Damals hätten wir rund drei Stunden zum Herunterfahren gebraucht – und noch länger bis sie wieder läuft. Über Profienergy ist man jetzt in der Lage, den Shutdown zu konfigurieren und zentral gesteuert durchzuführen.

Gunther Klima: In Kombination mit unserem Stromversorgungssystem braucht man jetzt dazu keine zusätzlichen Komponenten, das ist alles über die gezielte Abschaltung der Ausgänge realisierbar. Wir waren selbst überrascht, wie wichtig Kunden die 24-V-Seite mittlerweile ist – teilweise auch, weil bei den großen Verbrauchern die Sparpotenziale ausgereizt sind.

Auf der Messe SPS IPC Drives hatten wir eine Produktionsinsel aufgebaut und damit auch demonstriert, wie über Profienergy in den Pausenzeiten die Stromversorgung abgeschaltet wird. In verketteten Produktionslinien mit mehreren Stromversorgungen lassen sich so deutliche Energieeinsparungen realisieren.

Stichwort Energieeinsparung: Die Netzteile haben 94 % Wirkungsgrad. Ist dies das Ende der Fahnenstange. Flexibilität geht doch eigentlich immer zu Lasten der Effizienz?

Gunther Klima: Da ist sicherlich das Ende der Fahnenstange noch nicht ganz erreicht. Ich sage bewusst, noch nicht ganz. Unser Entwicklungsschwerpunkt lag aber auch nicht darauf. Mit 94 % sind wir dennoch in der Oberklasse, keine Frage. Viel wichtiger ist aber der Einspar-Effekt, der sich durch das Abschalten der Ausgänge ergibt. Das hat eine größere Wirkung als ein Prozentpunkt mehr Wirkungsgrad. Bedenken Sie auch, dass bei unserem System die komplette Elektronik für die Intelligenz als Verbraucher mit in die Wirkungsgradberechnung einfließt. Das muss man beim Vergleich mit Standard-Netzteilen bedenken.

Und wo heute noch Anwender mehrere Netzteile im Teillast­bereich fahren, weil sie einfach Reserven einplanen müssen, können unsere Netzteile näher am optimalen Arbeitspunkt ausgelegt werden. Denn, falls notwendig, sind sie schnell erweitert.