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(Bild: HEITEC AG)

Die jüngsten Entwicklungen haben gezeigt, dass die Energieversorgung dringend diversifiziert und damit zuverlässiger gestaltet werden muss. Bei all dem ist dennoch zu erwarten, dass der Strombedarf stetig ansteigt, da neue technologische Entwicklungen den Energiebedarf zusätzlich in die Höhe treiben.

Eine wesentliche Rolle für eine stabile Energieversorgung spielt die HGÜ (Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung). Sie gilt als verlustärmere und stabilere Alternative zu herkömmlichen Hochspannungsleitungen mit Wechselstrom, vor allem beim Transfer elektrischer Energie über große Distanzen.

Von einem seiner Kunden aus der Energiewirtschaft erhielt Heitec den Auftrag, eine hochverfügbare Komplettlösung für die Steuerung von HGÜ-Anlagen zu entwickeln und zu fertigen, um eine unterbrechungsfreie Energieversorgung zu gewährleisten. Der Strom wird durch Windkraft erzeugt. Die Steuerung der Leistungsmodule der Anlage erfolgt über Glasfaserkabel.

Neben Spezifika wie Funktionalität, Echtzeitfähigkeit, Durchsatz, Ausfallsicherheit sowie Wartungsfreundlichkeit war die Unterstützung mit einer verlängerten Produktverfügbarkeit ein elementarer Bestandteil des Auftrags - für eine zuverlässige und ressourceneffiziente Energieversorgung auch in Zukunft.

Steuerelektronik
(Bild: HEITEC AG)

Hochverfügbarkeit für eine sichere Stromversorgung

Der Auftrag enthielt neben dem gesamten Entstehungsprozess auch die Unterstützung eines langen Produkt-Lebenszyklus, d. h. Konzeption, Spezifikation, Implementierung bis hin zu Verifikation und Serienproduktion sowie strategisches Obsoleszenz-Management für die nächsten Jahre. Angesichts der aktuell herausfordernden Lieferkettenthematik ist das ein wichtiger Punkt des Vertragswerkes, denn die Ziele sind eine kostenoptimierte Realisierung der Gesamtlösung und eine lange Lebensdauer zum Schutz der Investition und der vorhandenen Assets.

Ein System für den Einsatz in der Prozesssteuerung eines so wichtigen Bereiches muss dementsprechend hohe Anforderungen erfüllen. Zu den Entwicklungszielen gehörten daher eine anspruchsvolle Rechenleistung, parametrierbare Steuerungs- und Regelungshardware sowie der gleichzeitige Betrieb von Regelungshardware und die simultane Betriebsfähigkeit einer großen Anzahl von Power-Modulen. Neben den Design- mussten auch die Fertigungs- und Wartungskriterien beachtet werden, immer unter Einbindung nicht nur der technischen, sondern auch der kommerziellen Optionen. Für eine möglichst kostengünstige Lösung wurde daher die Integration möglichst vieler Standardelemente angestrebt.

Das Projekt war mit mehreren Herausforderungen verbunden, von denen eine darin bestand, die vollständige Signalintegrität zu jeder Zeit bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung einer hohen Datenübertragungsrate zu gewährleisten. Um das Ziel Hochverfügbarkeit zu erreichen, wurde ein Redundanzmodell konzipiert, mit sehr hohen Ansprüchen an Mechanik, Hardware, FPGA und Software. Alle aktiven Komponenten, Steckkartenarchitektur und Stromversorgung wurden auf Hand-over-Funktionalität ausgelegt. Der Mechanik kam die Aufgabe zu, diese Redundanzkonzepte proaktiv zu unterstützen, um die Funktionsfähigkeit des Gesamtsystems zu gewährleisten.

HEITEC entschloss sich zur Nutzung von verschiedenen Technologien, die sich bereits vielfach bei Standard-Architekturen bewährt haben, in ihrem jeweiligen Einsatzteilbereich die beste Wahl darstellen und dennoch miteinander synergetisch harmonieren. Bei der Konzeptionierung der Basis-Systemarchitektur nahm HEITEC Anleihen bei ATCA (Advanced Telecommunications Computing Architecture), einem Standard, der explizit auf Hochverfügbarkeit ausgerichtet ist und sich in vielen Telekomanwendungen bei hohen Datenraten und Leistungsbedarf bewährt hat. Für maximale Zuverlässigkeit spielen selbst Details wie Stecker eine große Rolle. Die Wahl fiel hier daher auf bereits im CompactPCI-Standard erprobte Steckverbinder. Das System selbst wurde in einem 19-Zoll-Chassis untergebracht. Auch hier wurde auf für sehr anspruchsvolle EMV-Anforderungen geeignete Gehäusetechnik-Komponenten aus dem Produkt-Portfolio von Heitec zurückgegriffen.

Steuerelektronik Grafik
(Bild: HEITEC AG)

Design for Maintenance – Wartung beim Design berücksichtigen

Eine weitere Projektsäule: Beim Design nicht nur die Fertigbarkeit, sondern auch die Wartbarkeit zu beachten – also über Design for Manufacturing hinaus Design for Maintenance zu betreiben.

Bei derart hoher Packungsdichte und so vielen aktiven Komponenten mit hoher Verlustleistung ist zudem ein effizientes Lüftungskonzept überaus wichtig. Basierend auf zahlreichen thermischen Simulationen wurde in das System ein redundantes Lüfter-Design integriert, womit das System effektiv gekühlt wird.

Zur gelungenen Umsetzung eines hochverfügbaren Systems gehören nicht zuletzt Risikoanalyse und Validierung. Vor Inbetriebnahme wurde die Verifikation der Funktionalität der einzelnen Module/Baugruppen durchgeführt, gefolgt von den Systemtests. Den Abschluss bildeten Compliance-Tests für EMV, Vibration, Temperatur (Umwelterprobung) bzw. Tests zur Erreichung internationaler Zertifizierungen (CE, FCC, UL, FM) inkl. der notwendigen Dokumentation.

Mit dem vorgestellten Projekt hat sich Heitec einmal mehr als Dienstleister gezeigt, der nicht nur komplexe Elektroniksysteme von der Architekturkonzeption bis zur fertigen Lösung entwickeln kann, sondern auch die langfristige und zuverlässige Fertigung der Baugruppen und Gehäuse- und Systemtechnik übernimmt. Heitec entwickelte die komplexe Elektronik und das Gehäusekonzept und fertigte die Systemlösung inhouse – alles aus einer Hand. Das Projekt wurde innerhalb des vorgegebenen Zeitrahmens kostengünstig – auch unter Berücksichtigung möglicher Folgekosten - umgesetzt. Der synergetische Ansatz garantierte dem Kunden die schnelle Marktreife und langfristige Verfügbarkeit einer betriebssicheren Komplettlösung für die Energieversorgung.

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