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Das QT40.241-B2 liefert neben einer zuverlässigen Spannungsversorgung auch Daten über IO-Link. (Bild: ©carloscastilla - stock.adobe.com/Puls)

Die Stromversorgung sitzt an einem zentralen Knotenpunkt im System. Hier fließt mehr als nur Strom. Ein Netzgerät erfasst zahlreiche Echtzeitinformationen, die für Betreiber und Hersteller der Anlage äußerst interessant sind. Wie hoch sind Ausgangsstrom und Ausgangsspannung? Wie lange ist die verbleibende Lebensdauer des Geräts? Wie entwickelt sich die Temperatur in der Anwendung? Wie stark ist das Netzteil ausgelastet? Wie steht es um die Qualität der Netzspannung?

Wandler und Sensor

Diese Daten können bei der Steigerung der Anlagenverfügbarkeit und der Senkung der Wartungs- und Betriebskosten helfen. Die Stromversorgung hat somit das Potenzial – parallel zu ihrer Funktion als Wandler – auch als Sensor zu fungieren und damit einen wichtigen Beitrag zum Industrial Internet of Things zu leisten.

Mit dem Dimension QT40.241-B2 bringt Puls die erste dreiphasige DIN-Schienen-Stromversorgung (24 V / 40 A) auf den Markt, die diese Systemdaten den Anwendern über eine IO-Schnittstelle zugänglich macht.  Bei der Umsetzung setzt Puls auf die Kombination aus dem bewährten 960W-Netzteil QT40 und der weltweit standardisierten I/O-Technologie (IEC 61131-9) IO-Link. IO-Link wurde entwickelt, um die Signale der Sensoren und Aktoren (IO-Link Devices) aus der Feldebene abzurufen. Über einen IO-Link-Master werden diese in das jeweilige Feldbussystem eingespeist und an das Automatisierungssystem übertragen. Die Kombination aus Feldbus und IO-Link ermöglicht eine durchgängige Kommunikation über alle Ebenen hinweg. Das QT40.241-B2 verfügt über eine fest integrierte 4-polige M12-Buchse an der Vorderseite, die für die Verbindung mit dem IO-Link-Master genutzt wird. Damit kann das Gerät schnell und effizient in bestehende IO-Link-Systeme integriert werden.

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Das QT40 fügt sich über IO-Link nahtlos in die Infrastruktur ein - unabhängig vom übergeordneten Feldbus. Puls

Stromversorgungen nehmen, was die Kommunikationsleistung angeht, eher eine passive Rolle ein. Nach der Installation sollen sie zuverlässig im Hintergrund funktionieren und dabei möglichst wartungsfrei bleiben – am besten über Jahre hinweg.  Mit der neuen IO-Link-Schnittstelle trägt die Stromversorgung – zusätzlich zu ihrer Grundfunktionalität – aktiv zum besseren Verständnis der Anwendung und damit auch zur Prozessoptimierung bei. Sie sorgt für die Transparenz der Leistungsdaten und Betriebskosten, bewahrt Anwender vor Überdimensionierung und warnt rechtzeitig im Fehlerfall.

Die Verbindung über IO-Link ermöglicht auch die Ferndiagnose und Parametrierung der Stromversorgung über die im Einsatz befindliche Anwendersoftware des Automatisierungssystems. Der Anwender kann die Ausgangsspannung des QT40.241-B2 über die Konfigurationssoftware einstellen und das Gerät aus der Ferne ein- beziehungsweise ausschalten, sofern der Remote-Access in der Anwendersoftware freigegeben ist.
Die Einstellungen, die der Anwender vornimmt, sowie kritische Prozesswerte werden spannungsausfallsicher im Automatisierungssystem und zugleich in der Stromversorgung auf einem nichtflüchtigen Speicher gesichert. Sollte ein Gerätetausch notwendig sein, erfolgt eine schnelle, automatisierte Parametrierung des neuen Geräts im laufenden Betrieb – gemäß der im Automatisierungssystem hinterlegten Parameter. Stillstandzeiten aufgrund von Wartungsarbeiten werden so nachhaltig vermieden. Die von der Stromversorgung gesendeten Daten geben zudem Auskunft über die Fehlerursache und erleichtern die Problemlösung.

Geringer Bauteilaufwand

Der Bauteilaufwand für eine IO-Link-Schnittstelle im Netzteil ist  relativ gering. Aufgrund der niedrigen Anzahl an zusätzlichen Bauteilen liegt der MTBF-Wert (Mean Time Between Failures) bei 678.000 Stunden und steht für die Zuverlässigkeit und damit Ausfallsicherheit des Geräts. Trotz des zusätzlichen IO-Link-Features ist das QT40.241-B2 mit dem robusten Ursprungs-QT40 in Sachen Zuverlässigkeit gleichauf. Selbiges gilt übrigens auch für die lange Lebensdauer von 66.000 Stunden – unter extremen Bedingungen von 3AC 480 V, durchgängiger Volllast und +40 °C Umgebungstemperatur. Damit eignet sich das IO-Link-fähige QT40 besonders für ausfallkritische Anwendungen.

Auch die interne Anbindung der Kommunikationsschnittstelle an die bestehende Netzteilelektronik wurde unter Zuverlässigkeitsaspekten optimiert. So arbeitet das integrierte IO-Link-Modul autark von der eigentlichen AC/DC-Wandlung im Gerät. Ein Ausfall des IO-Link-Kommunikationsmoduls hätte somit keinen Einfluss auf die Funktionalität und Verfügbarkeit der Wandlerfunktion im Netzteil.

Sollte dennoch eine äußere Einflussquelle (zum Beispiel eine Überspannung aufgrund eines Blitzschlages) zum Defekt der Stromversorgung führen, kann das interne IO-Link-Modul sofort eine Fehlermeldung an die übergeordnete Steuerung ausgeben. Anschließend kann das Protokoll von außen abgefragt werden, um die Situation, die zum Ausfall geführt hat, zu analysieren und nach einer Lösung zu suchen. Die erhobenen Netzteildaten sind dabei persistent im integrierten Speicher abgelegt.

Gesamtheitlich ergänzt die IO-Link-Schnittstelle das QT40-Netzteil um eine smarte Kommunikationsfunktion. Dabei macht es die hohe Zuverlässigkeit, Lebensdauer und Effizienz des Geräts transparent (Wirkungsgrad: 95,3 %) und findet im kompakten Original QT40-Gehäuse (B × H × T: 110 × 124 × 127 mm3) Platz. Die volle Leistung ist über einen Temperaturbereich von -25 bis +60 °C möglich, mit Derating bis +70 °C. Das Netzteil verfügt über eine Leistungsreserve von 50 %.

Machine Learning

Die Daten, die das QT40.241-B2 erfasst, bilden die Grundlage für die technischen Innovationen der nächsten Jahre. Dabei denkt Puls vor allem an die Bedeutung von Machine Learning in Verbindung mit dem IIoT. Das Netzteil liefert bereits jetzt präzise Messwerte des Ausgangsstroms. Mittels dieser sehr fein abgetasteten Werte ist es möglich, digitale Lastprofile zu erkennen und zu beschreiben.

Auf Basis der Informationen zum Ausgangsstrom lässt sich beispielsweise erkennen, ob sich eine Last über einen längeren Zeitraum hinweg verändert. Diese Veränderung kann ein Anzeichen für Verschleißerscheinungen in der Maschine beziehungsweise Anlage sein. Bei ausgeschlagenen Profilen wäre im Lastprofil exemplarisch eine Sinuskurve zu erkennen. Im Zuge der computergestützten Datenanalyse auf Basis künstlich-neuronaler Netzwerke würde diese Anomalie erkannt und gemeldet werden. Der nächste Schritt wäre dann eine ebenfalls automatisierte Entscheidungsfindung zum weiteren Vorgehen mittels künstlicher Intelligenz. Durch diesen Ansatz ermöglicht das Netzteil als Datenquelle völlig neue Möglichkeiten in der Nutzung von Daten im Fabrikumfeld.Die Nutzung von Strom als einheitliche Datenquelle im Produktionsprozess spielt dabei eine wichtige Rolle. Als physikalische Größe liefert Strom genaue, interpretierbare und verlässliche Daten.

 

Thema der nächsten Seite: Interview mit Bernhard Erdl: Vernetzung? Ja gerne, aber easy.

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Bernhard Erdl, Geschäftsführer, Chef-Entwickler und Gründer von Puls. Puls

Bernhard Erdl, Geschäftsführer, Chef-Entwickler und Gründer der Puls GmbH, spricht über die Vernetzung von Stromversorgungen, die Bedeutung von Anwendernähe und weltweites Wachstum in Zeiten von Bauteilknappheit und Schutzzöllen.

Herr Erdl, welche Netzteil-Technologien halten Sie in den nächsten Jahren für essenziell?

Für Anwender sehe ich ein großes Potenzial darin, die Stromversorgung stärker als Informationsquelle zu nutzen. Sie ist die Schnittstelle zwischen AC und DC, also Außenwelt und Innenleben einer Anlage. Hier lassen sich zuverlässige und hochwertige Daten über den Zustand eines Systems gewinnen.

Inzwischen ist fast jede Komponente im Schaltschrank digitalisiert und liefert Daten. Sehen Sie nicht die Gefahr eines Daten-Overkills?

Wichtig ist die zentrale Verwaltung dieser Daten und dass der Anwender weiß, was er damit anfangen kann. Die Informationen, die unser neues QT40 mit IO-Link-Schnittstelle liefert, können Kunden beispielsweise dafür nutzen eine Anlage zu optimieren, präventiv zu warten und damit letztendlich Geld zu sparen. Das ist ein ganz konkreter Mehrwert, den wir anbieten.

Wie gehen Sie bei der Entwicklung von vernetzten Stromversorgungen vor?

Wir entwickeln unsere vernetzbaren Stromversorgungen und digitalen Services in enger Abstimmung mit unseren Kunden und nutzen dabei viele Ansätze aus dem Design Thinking, wie zum Beispiel das Prototyping. Wenn die Anwender von Anfang an dabei sind, erhalten wir wertvolles Feedback und kreieren Lösungen, die ihnen Arbeit abnehmen. Vernetzung ist wichtig, aber sie muss für den Anwender eben auch „easy“ sein.

Welche weiteren technischen Entwicklungen halten Sie für relevant?

Eine weitere Entwicklung, die wir beobachten, ist der steigende Energiebedarf in allen Industrien. Dabei sind auch immer häufiger effiziente Netzteillösungen für hohe Leistungen im Kilowatt-Bereich gefragt. Das ist sicherlich ein Markt mit viel Potenzial, in den wir uns stärker einbringen werden.

Haben Sie hierfür ein Beispiel?

In einem kundenspezifischen Projekt haben wir vor Kurzem eine modulare und kosteneffiziente 32-kW-Lösung entwickelt. Dazu werden vier 8-kW-Stromversorgungen parallel betrieben. Durch den hohen Wirkungsgrad von 96 % und ein geschicktes thermisches Design ist das komplette System noch vollständig konvektionsgekühlt. Dieses Beispiel zeigt ganz gut, dass man die Optimierung der Kernfunktionen einer Stromversorgung nie aus den Augen verlieren darf. Das sind in erster Linie Wirkungsgrad, Lebensdauer, Zuverlässigkeit und kompakte Bauform. Jedes neue Feature ist wertlos, wenn diese Basis nicht stimmt.

Die Elektronikbranche kämpft weltweit mit der anhaltenden Bauteilknappheit. Hat das Einfluss auf die Verfügbarkeit von Puls-Geräten?

Die Verfügbarkeit unserer Produkte und unsere Liefertreue leiden darunter bislang nicht. Wir haben uns große Bauteil- und Gerätelager aufgebaut, von denen unsere Kunden jetzt profitieren. Im Juli 2018 haben wir eine durchschnittliche Liefertreue von 99,8 % erreichen können. Unsere Kunden sind derzeit also weltweit gut versorgt. Eine schnelle Entspannung der Bauteilsituation halte ich dennoch für unwahrscheinlich.

Wie planen Sie auf lange Sicht?

Unsere Strategie basiert auf kurzen Entscheidungswegen und einem globalen Supply-Chain-Management. Unsere Werke in Tschechien und China arbeiten eng zusammen und stimmen sich gut ab. Außerdem legen wir viel Wert auf eine kooperative und internationale Vernetzung mit unseren Lieferanten.

Sie haben eben das Puls-Werk in China erwähnt. Wie gehen Sie mit den verschärften Schutzzöllen in den USA um?

Diese Entwicklung hatte sich ja bereits abgezeichnet und wir haben entsprechende Vorbereitungen getroffen. Die Schutzzölle betreffen ausschließlich unsere Produkte, die in China produziert und in die USA importiert werden sollten. Deshalb haben wir unsere Kapazitäten in Europa weiter hochgefahren. Jetzt bewährt es sich, dass wir unsere beiden Werke in Tschechien und China parallel weiterentwickelt haben. Die Teams können sich so gegenseitig unterstützen und auch solche Herausforderungen meistern. Und mit der Übernahme von Etasyn im Erzgebirge steht uns sogar ein dritter vollausgestatteter Fertigungsstandort in Deutschland zur Verfügung.

(ah)

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