Die Expertenrunde ist sich einig: mit der Komplexität einer intelligenten Stromversorgung muss der Anwender umgehen können. Dafür müssen die Hersteller sorgen.

Die Expertenrunde ist sich einig: mit der Komplexität einer intelligenten Stromversorgung muss der Anwender umgehen können. Dafür müssen die Hersteller sorgen.Redaktion IEE

Was bedeutet Intelligenz in der Stromversorgung heute?

Hartmut Henkel: Es kommt darauf an, welche Werte man auslesen will. Es gibt bei einer Stromversorgung eigentlich nur Strom/Spannung und Auslastung der Geräte. Bei der bisherigen Technik wurden diese Werte zwar digital ausgegeben, aber sie haben nur gesagt, ob die Stromversorgung läuft oder nicht läuft. Heute hat man durch die überlagerte digitale Regelung ganz viele Werte. Der Anwender weiß, dass die Stromversorgung in einem bestimmten Belastungsfall zu heiß wird und er kann dann noch eingreifen. Ich glaube, dass früher schon Vernetzungsansätze da waren, aber die Daten einfach nicht besonders relevant waren.

Peter Hager: Die Problematik war bisher, dass wir die Information, die im Prinzip zur Verfügung stand, gar nicht nach außen gebracht haben. Ich sage es mal provokant: Die Art der Integration in eine Automatisierung war mehr oder weniger mit einem Meldekontakt erledigt: Stromversorgung ok oder nicht. Mit dem Meldekontakt allein ist es aber nicht getan. Deshalb spielt es eine große Rolle, dass die Betriebs- und Diagnoseinformationen den Automatisierungssystemen, typischerweise SPS oder PC-basierte Systeme, einfach zur Verfügung stehen. Und dies nicht nur kommunikationsseitig, sondern mit direkter Einbindung in die Engineering-Umgebung.

Erich Fischer: Wer definiert Intelligenz? Sind das wir als Hersteller, als Anbieter? Meines Erachtens ist der Begriff Intelligenz dann zutreffend, wenn der Anwender einen Nutzen draus zieht. Wenn die komplette Automatisierungspyramide, von I/O-Ebene, Feldebene, Steuerungsebene, bis in die ERP-Systeme vom Anlagenbetreiber auch benutzt wird, dann ist es sinnvoll, diese immensen Messdaten auszuwerten.

Technik im Detail

Der Trend zur intelligenten Stromversorgung

Rund um die letzte SPS IPC Drives und auch die Hannover Messe tauchten vermehrt Produkte zum Thema ‚Intelligente Stromversorgung‘ auf.  In der Titelstory der Dezemberausgabe stellte die Redaktion das neue Netzteil von Siemens und das dazugehörige Konzept vor (784iee1214): mit viel Intelligenz im Netzteil sowie einer Einbindung in Profinet-Netzwerke und das TIA-Portal. Auch das System von ETA erläuterten wir im Detail. Es setzt auf Modularität und hebt die Intelligenz nicht ins Netzteil, sondern in den Sicherungsautomaten (799iee1114). Zur Hannover Messe integrierte ETA zusätzlich eine IO-Link-Schnittstelle für den Zugriff auf die Daten der Stromversorgung. In diesem Heft (795iee0515) zeigen wir auch das programmierbare Netzteil der Gebrüder Frei, das mehr Nutzen aus Daten verspricht. Doch auch die anderen Komponenten- und Systemanbietern sind nicht untätig. Grund genug uns mit den Experten zusammenzusetzen und das Thema genau zu durchleuchten.

Wer braucht intelligente Stromversorgung?

Jörg Krautter: Aus meiner Perspektive gibt es zwei große Bereiche, die intelligente Stromversorgung benötigen. Das sind der Anlagenbetreiber und der Maschinenbauer. Dem Anlagenbetreiber geht es um die Anlagenverfügbarkeit. Ihm ist Präventivdiagnose, vorbeugende Wartung, Energiemanagement und Betriebsdatenerfassung wichtig. Der Maschinenbauer ist sehr wettbewerbsgeprägt und sieht eher die Themen schnelle Inbetriebnahme, schnelle Fehlersuche und eine punktgenaue Wartung.

Kai Heinemann ist Produktmanager Elektronik bei Block Transformatoren Elektronik.

Kai Heinemann ist Produktmanager Elektronik bei Block Transformatoren Elektronik.Redaktion IEE

Kai Heinemann: Ich weiß nicht, ob man es soweit begrenzen kann. Auch bei Anlagenbetreibern und Anlagenherstellern gibt es noch große Unterschiede. Es gibt ja nicht den einen Kunden, sondern es gibt viele unterschiedliche Kunden. Man kann es mit dem Thema Verfügbarkeit verbinden. Es gibt viele Anlagen, die eine hohe Verfügbarkeit benötigen, und dort ist es sowohl dem Anlagenbetreiber als auch dem Anlagenhersteller durchaus wert, mehr in Überwachung zu investieren, um so am Ende dieVerfügbarkeit zu erhöhen.

Wo genau sollte diese Intelligenz denn sitzen? Im Netzteil selbst oder doch besser in einem überlagerten System?

Jörg Krautter: Unsere Lösung heißt Dezentralisierung von Netzgeräten und elektronischen Sicherungen sowie Integration in intelligente I/O-Systeme, die eine Netzwerkanbindung haben. Die Intelligenz gehört eben nicht ins Netzgerät, sondern ins Feldbussystem.

Kai Heinemann: Das Netzteil halte ich für eine Lösung, wenn es darum geht netzseitige Daten zu erfassen. Dann ist das Netzteil der erste Ansprechpartner, weil es auch direkt am Netz hängt. In anderen Bereichen, da stimme ich Herrn Krautter zu, ist es interessant, die Information weiter oben abzugreifen.

Peter Hager ist Leiter Marketing Management Industrie-Stromversorgungen Sitop bei Siemens.

Peter Hager ist Leiter Marketing Management Industrie-Stromversorgungen Sitop bei Siemens.Redaktion IEE

Peter Hager: Wir sehen in der Intelligenz einen ganzheitlichen Systemansatz. Wir reden auch nicht mehr nur von einer Stromversorgung, wir reden von einem Stromversorgungssystem. Von einem einem Netzteil mit selektiver Absicherung oder Pufferung in einer modularen Aufbautechnik und einer direkten Software-Einbindung in das TIA-Portal sowie Step 7 und WinCC. Und da ist die integrierte Kommunikation für uns Mittel zum Zweck.

Erich Fischer: Wir hören genau zu, was die Anforderungen des Kunden sind, um dem Kunden ein maßgeschneidertes Paket zu schnüren, sowohl für zentrale als auch für dezentrale Lösungen.

Und wie bekomme ich die Daten der intelligenten Stromversorgung in das Automatisierungs-System?

Hartmut Henkel: Wir stellen bei komplexeren Anlagen, bei denen eine Menge Daten anfallen, eine Art User Interface zur Verfügung: die Interface Systemschnittstelle. Wer diese nutzen will, kann ein Gateway mit galvanischer Trennung kaufen und damit in jede beliebige Steuerung gehen. Das User Interface ist aber eigentlich eher eine Brückentechnologie. Denn wir nutzen auch Profinet, Ethernet/IP oder Ethercat. Aber diese Schnittstelle ist teuer.

Erich Fischer ist Leiter der Sparte Industry, Energy & Equipment bei E-T-A.

Erich Fischer ist Leiter der Sparte Industry, Energy & Equipment bei E-T-A.Redaktion IEE

Erich Fischer: Wir sehen zwei Ansatzpunkte: Einmal Projekte, die neu aufgestellt werden, und Anlagen, die erweitert werden. In Chemieanlagen haben wir sehr häufig Profibus, die stellen nicht sofort auf Profinet um. Diese Kommunikationsprotokolle sind weiterhin existent, auch die nächsten fünf, zehn oder 15 Jahre. Deswegen ist es meines Erachtens auch wichtig, genau auf den Kunden zu hören. Ihm ein Ethernet-basierendes System mit allen Vorzügen schmackhaft zu machen ist die eine Seite. Er muss dann aber auch die komplette Leittechnik und Automatisierungstechnik an diese Anforderungen anpassen.

Kai Heinemann: Nicht jeder Kunde hat Profibus oder Profinet in seinem System. Es gibt viele Kunden, die wollen es günstiger und einfacher gestalten, die wollen nur ein paar Basisinformationen. Deswegen bieten wir nicht nur die High-End-Schnittstelle oder die schnellste Schnittstelle, sondern eben einfache Schnittstellen, die dennoch die notwendigen Informationen rausbringen.

Hartmut Henkel ist Leiter Produkt Marketing Stromversorgung bei Phoenix Contact.

Hartmut Henkel ist Leiter Produkt Marketing Stromversorgung bei Phoenix Contact.Redaktion IEE

Hartmut Henkel: Aber wir stellen schon einen Trend fest, der in Richtung Ethernet-Technologie geht. Das mache ich jetzt weniger am Netzteil fest; primär am Verwender der ganzen Informationen, und das sind nun mal SPS und PC. Selbst unser kleinstes Logikmodul ist standardmäßig schon mit einer Ethernet-Schnittstelle versehen.

Jörg Krautter: Je mehr Ethernet-Systeme aber in einer Anlage verbaut sind, umso schwieriger ist es, wenn jede Komponente, die als passive Komponente bekannt ist, auf einmal einen Ethernet-Anschluss bekommt. Das heißt, wenn wir explosionsartig aus jedem Schaltgerät, aus jedem Netzgerät, aus jedem Sicherungselement einen aktiven Teilnehmer machen, dann sind Beherrschbarkeit und Übersichtlichkeit eingeschränkt. Das bedeutet, wir müssen aufpassen, dass wir mit der Vernetzungstechnologie nicht das Ganze so aufblähen, dass es nicht mehr beherrschbar ist.

Erich Fischer: Aber speziell in der Sensor-/Aktorebene gibt es ja mittlerweile auch preisgünstige Dinge wie IO-Link. IO-Link ist bisher nur über eine Sensor-/Aktor-Schnittstelle bekannt, über die sie auch Parameterdaten übertragen können. Wir docken jetzt busfähige elektronische Schutzschalter mit an. Das heißt, dass der Anwender auf einer einfachen Ebene, wo auch das Preis/Leistungs-Verhältnis passt, viele Messdaten in die Automatisierungsebene bringen kann. Und dann steht ihm natürlich auch die Welt von Profibus, Profinet oder sonst irgendwas offen.

Kai Heinemann: Wir hören auch immer wieder, dass der Kunde eine Standardisierung haben möchte. IO-Link ist aber eben nicht ausreichend standardisiert, damit es zum Beispiel auch dem Automobilisten gefällt. Die Kunden möchten, wenn irgendwo ein Update stattfindet, alle Systeme auf Knopfdruck updaten. Und das geht heute bei Systemen wie IO-Link noch nicht. Deswegen ist sehr häufig der erste Standard Profinet. Denn dort hat viel Standardisierung schon stattgefunden.

Wie mache ich die Komplexität für meinen Anwender beherrschbar? Brauchen wir einen Standard?

Hartmut Henkel: Dass sich Ethernet aus automatisierungstechnischer Sicht durchsetzt, ist ganz klar zu sehen. Man muss in verschiedene Ethernet-Systeme gehen und man muss modular anbauen. Das kostet aber irre viel Geld. Ein Standard wäre natürlich klasse, gerade für uns Hersteller. Das ist aber nicht absehbar.

Jörg Krautter ist CTO (Chief Technical Officer) und Mitglied der Geschäftsleitung bei Murrelektronik.

Jörg Krautter ist CTO (Chief Technical Officer) und Mitglied der Geschäftsleitung bei Murrelektronik.Redaktion IEE

Jörg Krautter: Wir müssen zwei Dinge unterscheiden: Einmal das Thema, wie generieren wir Information? Bringen wir die nach außen, oder lassen wir die im Gerät? Wir sagen, das Thema Information ist eine Philosophiefrage, ob das auf einem Ethernet-System oder über eine normale Klemme läuft. Ich bin der Meinung, dass auf der Leitebene, im ERP-System, auf der Energiemanagement-Datenebene, wo die ganzen Informationen zusammenlaufen eine Harmonisierung wichtig ist. Damit der Endanwender, egal mit welcher Steuerung, egal mit welchem Leitsystem er zu tun hat, die Daten immer gleich bekommt. Aber wir sollten jedem einzelnen gestaltbar lassen, wie die Daten pro Gerät nach außen gegeben werden.

Peter Hager: Es gibt bereits standardisierte Protokolle auf Ethernet/Profinet-Ebene. Und mit Profienergy auch auf der Applikationsebene. Damit kann ich als Betreiber einfach und elegant Anlagenteile je nach Pausenszenario gezielt abschalten. Und da ist die Stromversorgung der Mittler. Weil nicht jeder Sensor voll kommunikationsfähig sein wird.

Wird der Systemgedanke dann nicht auch immer wichtiger?

Kai Heinemann: Dieser Systemgedanke wird natürlich auch an uns reine Komponentenhersteller herangetragen. Wir haben nicht das große Ökosystem von Siemens oder auch Phoenix. Und wenn wir versuchen, es allen Kunden recht zu machen, werden wir uns verlaufen. Deswegen bietet es sich für uns an, die etwas kleinere, die etwas abgespecktere Lösung zu haben, aus der die Kunden ihren Nutzen ziehen können.

Hartmut Henkel: Bei uns kauft man ein Automatisierungssystem, da passt natürlich die Phoenix-Stromversorgung ganz normal als Teilnehmer dazu. Wenn Sie eine Märklin-Eisenbahn kaufen, kaufen sie ja auch einen Märklin-Trafo. Wir haben natürlich ein Interesse, dass unsere Komponenten zusammenspielen, genauso wie Siemens ein ganz großes Interesse hat, dass die Siemens-Komponenten zusammenspielen.

Wo geht der Weg bei der Stromversorgung hin?

Jörg Krautter: Ich glaube, das sind drei Säulen. Erstens: Es geht um Customized Solutions. Das zweite Thema ist, dass es im Schaltschrank um den Platzbedarf geht. Und der dritte Baustein ist, dass das die Stromversorgung modular und dezentral wird. Es wird nicht mehr ein Netzgerät pro Anlagenteil geben, sondern mehrere Netzgeräte. Es ist nicht mehr das starre Förderband oder die Fertigungsstraße, sondern es wird alles mobil und flexibel. Der Systemgedanke und die Zusammenführung der Daten auf der Leitebene, die maximal standardisiert ist, das ist eine Thematik, die müssen wir uns alle ans Bein binden. Das kann keiner von uns alleine leisten.

Kai Heinemann: Die Variantenvielfalt wird weiter zunehmen. Viele hier am Tisch werden weitere Serien von Stromversorgungen auf den Markt bringen, um den speziellen Kundennutzen oder den Kundenbedarf damit zu decken. Und so hat am Ende wahrscheinlich auch jede Baureihe ihre Daseinsberechtigung.

Peter Hager: Die Integration der Stromversorgung in den Automatisierungsverbund wird deutlich zunehmen. Bei Industrie 4.0 kann bereits heute eine intelligente Stromversorgung als aktiver Teilnehmer ihren Beitrag dazu leistet.

Hartmut Henkel: Es gibt immer mehr Kunden, die Spezialgebiete haben. Der Hersteller muss aber trotzdem die Stückzahl eines großen Serienprodukts haben, sonst kann er den Preis nicht einhalten. Er muss den Punkt finden, wo er sagt, wenn der Kunde jetzt eine bestimmte Funktion haben will, kostet die halt mehr. Und diesen Schnitt zu finden ist relativ schwierig.

Erich Fischer: Was bei Kundengesprächen recht häufig rausgekommen ist, dass sie weite Eingangsbereiche brauchen: am besten einen Weitbereichseingang von 10 V AC bis 750 V DC. Auf der Ausgangseite ist 24 V natürlich die Majorität, aber wir haben ja auch die 5-, 12-, 15-, 48- und 72-V-Anwendungen. Dann kommen die Spezialisten aus der Telekommunikation, die brauchen minus 48 V. Für den Kunden wäre es ideal, einen Weitbereichseingang und einen Weitbereichsausgang zu haben.

Jörg Krautter: Das Thema eierlegende Wollmilchsau hat natürlich ein großes Problem. Eine flexibel einstellbare Ausgangsspannung schränkt ganz klar die Energieeffizienz ein. Und ich glaube, dass der DC/DC-Wandler auch in Zukunft bei kleinen Leistungen nicht ganz wegzudenken ist. Gerade bei DC-Motoren ist der Energiebedarf hoch. Da brauchen wir spezielle energieeffiziente Netzgeräte. 20 DC A Ausgangsleistung sind bei vielen Kunden keine Seltenheit.