Von der Insellösung bis zur offenen und vernetzten Lösung: Siemens hat die Sitop-UPS1600-Familie auf Kosteneffizienz optimiert.

Von der Insellösung bis zur offenen und vernetzten Lösung: Siemens hat die Sitop-UPS1600-Familie auf Kosteneffizienz optimiert.Siemens

Egal ob einfach oder komplex: viele Automatisierungslösungen müssen auch bei einem Netzausfall nahtlos und zuverlässig Energie erhalten. Im Ernstfall stammt diese Energie von einer unterbrechungsfreien Gleichstromversorgung (DC-USV). Eine neue Generation mit deutlich erweiterten Möglichkeiten im Engineering und in der Anwendung stellt Siemens mit der ersten netzwerk- und integrationsfähigen DC-USV Sitop UPS1600 vor (Bild 1). Je nach Art und Umfang der Automatisierung und Tiefe der Integration lassen sich drei grundlegende Anwendungsszenarien für eine DC-USV unterscheiden:

Bild 1: Mit der unterbrechungsfreien Gleichstromversorgung Sitop UPS1600 stellt Siemens die erste DC-USV mit integrierten Industrial-Ethernet-/Profinet-Schnittstellen vor.

Bild 1: Mit der unterbrechungsfreien Gleichstromversorgung Sitop UPS1600 stellt Siemens die erste DC-USV mit integrierten Industrial-Ethernet-/Profinet-Schnittstellen vor.Siemens

  • Einfache Insellösungen
  • Offene PC-basierte Systeme
  • Integrierte Automatisierungslösungen.

Um die Anforderungen dieser Szenarien in jedem Fall kostenoptimiert zu erfüllen, gibt es die neuen Geräte für 10 und 20 A in je einer Ausführung ohne Kommunikationsschnittstelle, mit USB- und mit zwei Industrial-Ethernet-/Profinet-Schnittstellen.

Von Inseln und offenen PC-Systemen

Bild 2: Einfache Lösung für einfache Insel-Anwendungen: Die Status­meldungen werden über die potenzialfreien Digitalausgänge an die nSPS übermittelt.

Bild 2: Einfache Lösung für einfache Insel-Anwendungen: Die Status­meldungen werden über die potenzialfreien Digitalausgänge an die nSPS übermittelt.Siemens

Eine unterbrechungsfreie Versorgung von beispielsweise Kleinsteuerungen für die Hindernisbefeuerung an Windkraftanlagen oder an Wasserkraftanlagen benötigt keine umfangreiche Kommunikation zu überlagerten Systemen (Bild 2). Für derartige Anwendungen sind die Bordmittel des kostengünstigsten Basisgeräts – digitale Ein- und Ausgänge, Drehwahlschalter zur Parametrierung an der Gerätefront und LEDs zur Signalisierung von Betriebszuständen – völlig ausreichend. Diese Insellösung kann immerhin Statusmeldungen über die potenzialfreien Digitalausgänge an eine SPS übermittelt.

Bild 3: Über die integrierte USB-Schnittstelle lässt sich die USV Sitop UPS1600 schnell und einfach mit einem einzelnen PC verbinden und per Sitop UPS Manager komfortabel konfigurieren und überwachen.

Bild 3: Über die integrierte USB-Schnittstelle lässt sich die USV Sitop UPS1600 schnell und einfach mit einem einzelnen PC verbinden und per Sitop UPS Manager komfortabel konfigurieren und überwachen.Siemens

In offenen PC-basierten Systemen geht es hingegen meist darum, einen oder mehrere Automatisierungsrechner, daran angebundene Peripheriebaugruppen und Sensoren/Aktoren zuverlässig zu puffern, diese kontrolliert stillzusetzen und/oder Prozessdaten von Soft-PLCs wie WinAC oder Archiven aus Scada-Systemen wie WinCC teilweise oder vollständig zu sichern. Bei Anwendungen mit nur einem PC lässt sich dies über die Gerätevariante mit USB-Schnittstelle kostengünstig und komfortabel lösen (Bild 3). Dazu verbindet man die DC-USV per USB-Kabel mit dem PC und installiert darauf den kostenfrei erhältlichen Sitop UPS Manager; dieses Softwaretool läuft auf Windows-XP- und Windows-7-Systemen (32 und 64 Bit). Dann lässt sich die gesamte DC-USV-Installation einfach am PC konfigurieren und überwachen. Der Sitop UPS Manager bietet vielfältige Möglichkeiten zur Visualisierung von Betriebs- und Diagnoseinformationen, unter anderem in Form von Alarmlisten oder übersichtlichen Trenddiagrammen, die auf einen Blick zum Beispiel den zeitlichen Verlauf von Ladespannung oder Laststrom der DC-USV zeigen.

Bild 4: Offene Kommunikation über Industrial Ethernet: Bei Netzausfall ermöglicht die 24-V-Pufferung der Sitop DC-USV das definierte Herunter-fahren mehrerer PCs im Master-Slave-Modus. Über den Energy Storage nLink verwaltet das Grundgerät bis zu sechs ty

Bild 4: Offene Kommunikation über Industrial Ethernet: Bei Netzausfall ermöglicht die 24-V-Pufferung der Sitop DC-USV das definierte Herunter-fahren mehrerer PCs im Master-Slave-Modus. Über den Energy Storage nLink verwaltet das Grundgerät bis zu sechs tySiemens

Einen Schritt weiter geht die erste DC-USV-Variante mit zwei integrierten Industrial-Ethernet-/Profinet-Schnittstellen. Nach der Einbindung in das Automatisierungsnetzwerk (ohne zusätzlichen Switch) lassen sich auch mehrere Industrie-PCs einfach absichern (Bild 4). Bei einem Stromausfall werden im Master-Slave-Modus die PCs kontrolliert heruntergefahren oder in einen Ruhezustand gebracht. Auch gezieltes Beenden von Software-Programmen in einer vorgebbaren Reihenfolge ist möglich. Damit verhindert die DC-USV Datenverluste oder Schäden an Werkstücken, Produkten und Anlagen sowie daraus resultierende Folgekosten.

Über die Ethernet-Ports können die umfangreichen Betriebs- und Diagnosedaten im Netzwerk übertragen und extern visualisiert oder weiterverarbeitet werden. Ein integrierter Web-Server ermöglicht es autorisierten Anwendern, relevante Daten auch aus der Ferne via Webbrowser auszulesen, ohne weitere Software-Installation auf deren Remote-System. Der Web-Server ist im Auslieferungszustand deaktiviert und ein schreibender Zugriff darüber aus Sicherheitsgründen generell unterbunden.

Bild 5: Systemintegration über Profinet: Bei Projektierung und Betrieb ist die unterbrechungsfreie Stromversorgung Sitop UPS1600 vollständig in Totally Integrated Automation eingebunden.

Bild 5: Systemintegration über Profinet: Bei Projektierung und Betrieb ist die unterbrechungsfreie Stromversorgung Sitop UPS1600 vollständig in Totally Integrated Automation eingebunden.Siemens

In das Umfeld integriert

Integrierte Automatisierungslösungen fordern auch der eingesetzten DC-USV viel ab: Die Pufferung größerer Anlagenteile oder kompletter Anlagen wie zum Beispiel Pumpstationen mit Fernwirktechnik, weitläufigen Förderstrecken oder komplexen Bearbeitungszentren mit kontrolliertem Notrückzug setzt auch seitens der Gleichstromversorgung einen hohen Integrationsgrad und umfassende Kommunikationsmöglichkeiten voraus (siehe Bild 5). Je komplexer die Pufferungs- oder Abschaltszenarien sind, umso wichtiger ist es auch, das Engineering und die Benutzerfreundlichkeit einfach zu halten und umfassende Diagnosemöglichkeiten bereitzustellen.

Die unterbrechungsfreie Stromversorgung Sitop UPS1600 ist die erste DC-USV, die vollständig in Totally Integrated Automation (TIA), der offenen Systemarchitektur von Siemens für durchgängige Automatisierungslösungen, eingebunden ist. Das Engineering erfolgt im TIA-Portal und reduziert sich für den Anwender auf wenige Mausklicks. Im Hardware-Katalog können die USV-Module direkt ausgewählt und in die grafische Netzwerkdarstellung übernommen werden. Die Einbindung in Profinet erfolgt schnell und fehlerfrei durch einfaches Ziehen von Verbindungen mit der Maus zu den jeweiligen Netzwerkteilnehmern. In der Geräteansicht wählt der Projekteur dann die gewünschten Batteriemodule per Drag-and-Drop aus. Danach folgt die weitere Parametrierung der USV, beispielsweise die Zuschaltschwelle der Pufferspannung oder die Meldungen für die Diagnose. Auch die Zugriffsrechte für die Überwachung über den Web-Server lassen sich mit der integrierten Benutzerverwaltung komfortabel vergeben.

Auf einen Blick

Die kompakten DC-USV-Module Sitop UPS1600 liefern 24 V mit 10 A und 20 A und besitzen digitale Ein-/Ausgänge sowie optional USB oder zwei Ethernet-/Profinet-Schnittstellen. Die Batteriemodule Sitop UPS1100 (ebenfalls 24 V) speichern 1,2 Ah, 3,2 Ah und 7 Ah mit wartungsfreien Blei-Gel-Akkus. Das intelligente Batteriemanagement erkennt die Batteriemodule automatisch, wählt selbstständig die optimalen temperaturgeführten Ladekennlinien, überwacht die Betriebs­bereit­schaft, die Akku-Zuleitung und den Ladezustand. Die Geräte liefern hohe dynamische Überlastströme und hohe Ladeströme. Alle Diagnosedaten und Alarmmeldungen sind über Ethernet/Profinet oder USB verfügbar, ebenso Remote-Monitoring mit integriertem Web-Server. Der Sitop UPS Manager (kostenfreier Download) unterstützt Konfiguration und Überwachung bei PC-basierenden Systemen. Die vollständige Integration in Totally Integrated Automation ermöglicht zeitsparendes Engineering im TIA Portal. Simatic S7-Funktionsbausteine und WinCC-Faceplates ermöglichen eine einfache Einbindung in die Anwenderprogramme.

Zur einfachen Integration in Step7-Anwenderprogramme stellt Siemens standardisierte Funktionsbausteine für die Steuerungen Simatic S7-300/-400/-1200 und -1500 kostenfrei zur Verfügung, die unter anderem die USV-relevanten Diagnoseinformationen für die Simatic-S7-Diagnose bereitstellen.

Besonders einfach und effizient ist das Engineering der Sitop UPS1600/1100 im TIA-Portal, das sämtliche Konfigurationsdaten für Grundgeräte und Batteriemodule bereitstellt und die Profinet-Vernetzung per Drag-and-Drop ermöglicht.

Besonders einfach und effizient ist das Engineering der Sitop UPS1600/1100 im TIA-Portal, das sämtliche Konfigurationsdaten für Grundgeräte und Batteriemodule bereitstellt und die Profinet-Vernetzung per Drag-and-Drop ermöglicht.Siemens

Für Automatisierungsnetzwerke

Über Profinet lassen sich bei einem Stromausfall Steuerungen, PCs oder Bediengeräte auch unabhängig voneinander durch die DC-USV absichern und in einen definierten Zustand bringen. Hinzu kommen ebenfalls kostenfreie „UPS-Faceplates“ (Bildbausteine) für Simatic WinCC, womit sich Betriebs- und Diagnosedaten schnell und einfach auf unterschiedlichen Zielsystemen visualisieren lassen. So werden zum Beispiel sämtliche Alarmmeldungen automatisch generiert und an die Faceplates übergeben und müssen nicht mehr händisch programmiert werden. Das spart Engineering-Zeit und reduziert Fehlermöglichkeiten – führt also schneller zur lauffähigen Lösung. Analog zu den Sprachen im TIA-Portal sind die Faceplates in Deutsch, Englisch, Französisch, Italienisch, Spanisch und Chinesisch (simplified) verfügbar.

Außerhalb des TIA-Portals können die Funktionsbausteine auch unter Simatic Step 7 Version 5, die Faceplates auch in Simatic WinCC flexible 2008 und Simatic WinCC Version 7 genutzt werden. Mit zwei Leistungsklassen, drei Gerätevarianten mit skalierbarer Funktionalität und Integrationsfähigkeit deckt die neue DC-USV Sitop UPS1600 die in der Praxis gängigsten Anwendungsszenarien kostenoptimiert ab. Bei der Auswahl der richtigen Komponenten für alle drei Varianten und für die genannten Szenarien unterstützt das Sitop Selection Tool im Internet.

Intelligentes Batteriemanagement

Die kompakten Grundgeräte mit Nennströmen von 10 A und 20 A sind konzipiert für die zuverlässige Pufferung über mehrere Stunden hinweg. Mit ihrer hohen dynamischen Überlastfähigkeit bis zum dreifachen Nennstrom über 30 ms beziehungsweise bis zum eineinhalbfachen Nennstrom über 5 s pro Minute sind sie prädestiniert für Anwendungen mit Industrie-PCs, da sie auch hohe Einschaltströme zulassen. Abgestimmt auf das Grundgerät gibt es Batteriemodule Sitop UPS1100 mit wartungsfreien Blei-Gel-Akkus und einer Kapazität von 1,2 Ah, 3,2 Ah und 7 Ah. Diese sind aufgrund hoher Ladeströme von 3 A beziehungsweise 4 A nach einem Netzausfall in kurzer Zeit erneut pufferbereit.

Neu ist der Energy Storage Link, eine zusätzliche Zweidrahtverbindung zwischen dem Grundgerät Sitop UPS1600 und den codierten Batteriemodulen Sitop UPS1100. Darüber erkennt und verwaltet das Grundgerät automatisch bis zu sechs Batteriemodule und wählt dafür die optimale, temperaturgeführte Ladekennlinie aus. Letzteres schafft die Grundlage für lange Lebensdauer der Batteriemodule. Über Energy Storage Link überwacht es zudem die Betriebsbereitschaft sowie die Zuleitung (Drahtbruch) und den Ladezustand (Spannung, Strom, Restkapazität) der Akkus.

Im Intervall von vier Stunden führt die DC-USV automatisch einen Test mit definierter Belastung durch. Der Anwender kann einen vollständigen Test parametrieren mit Intervallen von einem Tag bis zu mehreren Wochen. Die regelmäßigen Kontrollen stellen die zuverlässige Funktion und damit die Verfügbarkeit der UPS1100-Batteriemodule sicher. Akkus anderer Baureihen und Hersteller lassen sich auch einsetzen, dann jedoch ohne Anzeige von Ladestrom oder Ladeschlussspannung, und ohne temperaturgeführtes Laden.