Neue Stromversorgung erfüllt Industrie-4.0-Anforderungen
Mehr Power für den Schaltschrank
Schnell, flexibel, möglichst kostengünstig - und das bei steigendem Kostendruck, knappen Ressourcen und engen Lieferfristen. Die Anforderungen an die Schaltschrankbranche steigen stetig weiter an. Produktionsprozesse werden immer mehr digitalisiert und automatisiert, um Kosten und Zeiten zu senken. Dabei spielt auch die Stromversorgung eine entscheidende Rolle. Aber wie sieht eine moderne Stromversorgung genau aus? Und was sollte sie unbedingt können? Wago bringt mit der Stromversorgung Pro 2 zukunftssichere Geräte auf den Markt, die diesen Ansprüchen gerecht werden.
Bild: Wago Kontakttechnik GmbH & Co. KGGrundsätzlich muss eine moderne Stromversorgung eines tun: Eine Wechselspannung in eine galvanisch sicher getrennte Gleichspannung wandeln. Gleichzeitig sollen Zeit und Kosten gespart werden - aber wie? Laut einer aktuellen Studie von Eplan und dem Institut für Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen der Universität Stuttgart aus dem Jahr 2017 benötigen die Projektierung und Erstellung des Stromlaufplans über 50 Prozent der Konstruktionszeit. Für die Praxis liegt hier ein erhebliches Einsparpotential. Durch den Umstieg von projektbezogenen oder auftragsorientierten Stromlaufplänen auf modulare Stromlaufpläne können beim Engineering-Prozess bis zu 45 Prozent der Zeit eingespart werden - das zeigt die Studie zum Thema Schaltschrankbau 4.0. Optimierungspotentiale wie diese gibt es im Schaltschrankbau und in der Stromversorgung einige, denn viele Arbeitsschritte laufen heute noch nicht automatisiert ab. 92 Prozent der befragten Studienteilnehmer setzen immer noch auf zweidimensionales Engineering. Aber wieso ist das so? Eine Branche, die diesbezüglich vor besonderen Herausforderungen steht, ist die Automobilbranche.
Automobilbranche: Steigender Anspruch an Stromversorgungen
Steht eine Produktionsanlage im Automobilbau auch nur für wenige Minuten still, bedeutet das schnell mehrere Tausend Euro Kosten und weniger produzierte Fahrzeuge. Mehr als ärgerlich, wenn dies durch eine ausgefallene Stromversorgung verursacht wurde, die im Anschaffungswert nur bei einem Bruchteil dieser Kosten liegt. Um das zu vermeiden, ist die Auswahl einer zuverlässigen Stromversorgung elementar. "Für Automobilhersteller spielt vor allem die Verfügbarkeit eine wichtige Rolle. Ein wichtiges Auswahlkriterium bei der Stromversorgung ist die theoretische Lebenserwartung", so Manfred Grabowski, Key-Account-Manager Automotive bei Wago. Ein genauer Blick in die Datenblätter bei der Auswahl der Stromversorgungen lohnt sich: Vergleichbare Geräte können sich deutlich unterscheiden, wenn genauer hingeschaut wird. Einhergehend mit einer langen Lebenserwartung ist in der Regel auch eine geringe Erwärmung und geringe Verlustleistung. Am Beispiel der Verlustleistung wird klar, dass man durch die geschickte Auswahl und Dimensionierung von Stromversorgungen auch Energiekosten einsparen kann.
Bild: Wago Kontakttechnik GmbH & Co. KGEntscheidender Unterschied: die richtige Schaltschrankkühlung
Je höher die Verlustleistung ist, desto stärker erwärmt sich die Stromversorgung. Das hat insbesondere Auswirkungen auf die Schaltschrankklimatisierung: Die Kosten für die Kühlung des Schaltschrankes steigen. Bereits ein Grad Erwärmung im Schaltschrank bedeutet einen deutlich höheren Energieaufwand. So empfehlen die Hersteller von Klimageräten für Schaltschränke eine Temperatur von 35 Grad. Wenn aber, wie bei manchen Anwendern der Automobilbranche, eine höhere Temperatur von z.B. 38 Grad eingestellt ist, trägt das Delta von drei Grad deutlich zur Senkung der Energiekosten und des CO2-Ausstoßes bei. Hierfür müssen aber die Schaltschrankkomponenten sowie die Stromversorgungen geeignet sein. Der Konstrukteur muss gegebenenfalls Derating-Kurven einzelner Komponenten beachten. Nicht so bei den neuen Wago Stromversorgungen Pro 2, die ohne Derating bis +60 Grad zu betreiben sind.
Neuer Taktgeber im Schaltschrank
Die effizienten Stromversorgungen von Wago liefern jederzeit eine gleichbleibende Versorgungsspannung - ganz gleich, ob für einfache Anwendungen oder für die Automatisierung mit großem Leistungsbedarf. Der hohe Wirkungsgrad sorgt für platzsparende Abmessungen; ein einheitliches Gehäusedesign und ein digitaler Zwilling machen die Implementierung sehr einfach. Ein weiterer Vorteil: Steckbare Anschlüsse ermöglichen eine vorkonfektionierte Verkabelung und eine schnellere Installation. Nachfolgend werden die wichtigsten Funktionen der neuen Stromversorgung beschrieben.
Power mit Kommunikation für Industrie 4.0
Die Stromversorgung Pro 2 ist so gebaut, dass wichtige Betriebsstatus entweder direkt an der Front abgelesen werden oder per Controller weitere wertvolle Daten abgerufen werden können. Nur wer Echtzeitstatus erhält, kann auch in Echtzeitsituationen einschätzen und überlegt handeln. Genau dafür verfügt die Stromversorgung über verschiedene Funktionen und Komponenten, die den Anwender informieren. Der LED-Bargraph an der Front zeigt die aktuelle Ausgangsleistung sowie Überlastungen bzw. Lastreserven an. Außerdem zeigen die LEDs den ausgewählten Betriebsmodus sowie im Falle eines Falles auch Warnungen und Fehler an. In Bezug auf Datenerfassung und Auslesen von Statusinformationen kann an die Stromversorgung Pro 2 jederzeit ein dezidiertes Kommunikationsmodul angeschlossen werden und so das gewünschte Protokoll für die Kopplung an die Automatisierungs- und Leitebene gewählt werden.
Bild: Wago Kontakttechnik GmbH & Co. KGIntelligentes Überlastvehalten
Applikationen mit großem Leistungsbedarf verlangen professionelle Stromversorgungen, die auch Leistungsspitzen zuverlässig abdecken können. Die Stromversorgung Pro 2 ermöglicht dies mit ihrem smarten Leistungsmanagement. Mit TopBoost, PowerBoost und weiterem parametrierbaren Überlastverhalten schützt und versorgt die Stromversorgung Anlagen mit smarten Strom- und Schaltmodi. Für eine zuverlässige und abgesicherte Anlagenverfügbarkeit stehen 150 Prozent Powerboost sowie bis zu 600 Prozent TopBoost zur Verfügung.
Ressourcensparender Energieeinsatz
Ein typischer Wirkungsgrad bei einem einfachen Netzgerät mit 960W Nennleistung beträgt 91 Prozent. Bei der neuen Pro 2 Stromversorgung liegt der Wirkungsgrad bei 96 Prozent. Auf den ersten Blick scheinen diese 5 Prozentpunkte nicht gerade viel zu sein - aber genau auf diese kommt es an: Dieser bessere Wirkungsgrad der Netzgeräte spart 55W an Verlustleistung. Auf eine Betriebszeit von fünf Jahren gerechnet bedeutet dies eine Einsparung von 198 Euro an Energiekosten und gleichzeitig eine Einsparung von einer Tonne CO2. Zum Vergleich: Eine 80-jährige Buche mit 23m Wuchshöhe kann eine Tonne CO2 speichern - und bei mehreren hundert Netzgeräten in einer Produktionsstraße wäre das schon ein ganzer Wald.
Bild: WAGO Kontakttechnik GmbH & Co. KGHerausfordernde Umweltbedingungen
Ganz gleich, ob in der Arktis oder in der Wüste - die Wago Stromversorgungen Pro 2 können von -40 bis +70 Grad gestartet und betrieben werden. Ein geringes Derating beginnt bei >>60 Grad und ermöglicht so eine 70-prozentige Ausgangsleistung auch bei 70 Grad-Anwendungen. Und das bis zu einer Einsatzhöhe von 5000m über dem Meeresspiegel. Außerdem sind die Schaltungen in der Stromversorgung sehr robust gegen Transienten. Die Überspannungskategorie III gewährleistet einen sicheren Betrieb in Stromnetzen mit Überspannungsspitzen oder Schaltschränken mit rückspeisenden Antriebsregelern.
Nachgefragt: Stefan Wagner, Head of PM Power Supplies bei Wago im Expertengespräch
Vor welchen Herausforderungen steht die Schaltschrankbranche? Welche Optimierungspotentiale sehen Sie?
Stefan Wagner: Zeit- und Wettbewerbsdruck sind wesentliche Herausforderungen, vor denen die Branche steht. Durch Modularisierung und Wiederverwendung von Projektierungen wird versucht, Projektierungszeit zu sparen sowie Fehler zu minimieren. Die weitere Modularisierung bis in die Geräteebene und die Nutzung von Smart Data stellen dabei weitere Optimierungspotentiale dar.
Digitalisierung ist in aller Munde. Prozesse werden immer mehr miteinander vernetzt. Herr Wagner, wie sieht für Sie eine moderne Stromversorgung 4.0 aus?
Wagner: Neben der klassischen Funktion als Wandler kann ein modernes Netzgerät wertvolle Daten liefern, die z.B. für eine vorausschauende Wartung und Instandhaltung genutzt werden können. So lässt sich die Belastung darstellen, wie z.B. Grundlast, Spitzenlast, Überlast oder ggf. Unterspannung. Durch Langzeitmonitoring sieht man Veränderungen, die z.B. auf Alterung von Verbrauchern rückschließen lassen. Idealerweise ist ein Netzgerät mit diesen Funktionen modular aufgebaut: Der Kommunikationsweg kann gewählt werden, sei es über eine potentialfreie Meldung, einen Konfigurationsanschluss für den Servicetechniker mit seinem Laptop vor Ort oder aber die permanente Kommunikation über gängige Feldbussysteme, die jederzeit optional mittels aufsteckbarem Kommunikationsmodul ergänzt werden können.
Wie sehen Sie die Vielfalt an unterschiedlichen Stromversorgungen am Markt? Wie unterscheidet sich die neue Wago Lösung Pro 2?
Wagner: Die Vielfalt der Stromversorgungen am Markt spiegelt die unterschiedlichen Einsatzgebiete und Applikationen wider. Wettbewerb ist gut für den Anwender, denn so kann er die für seine Applikation passende Stromversorgung auswählen. Dies ist ein wesentlicher Vorteil der neuen Stromversorgung Pro 2: Eine größere Anpassungsfähigkeit an die Applikation bietet derzeit kein anderer Anbieter in einem Gerät. Durch die umfangreichen Möglichkeiten in Bezug auf Konfiguration und Monitoring, die schmale Baubreite, den hohen Wirkungsgrad sowie die hohe Zuverlässigkeit und Lebensdauer erhält der Kunde eine hochperformante, zukunftssichere und optimale Versorgung der Verbraucher im Schaltschrank.
Schnell, flexibel, möglichst kostengünstig - und das bei steigendem Kostendruck, knappen Ressourcen und engen Lieferfristen. Die Anforderungen an die Schaltschrankbranche steigen stetig weiter an. Produktionsprozesse werden immer mehr digitalisiert und automatisiert, um Kosten und Zeiten zu senken. Dabei spielt auch die Stromversorgung eine entscheidende Rolle. Aber wie sieht eine moderne Stromversorgung genau aus? Und was sollte sie unbedingt können? Wago bringt mit der Stromversorgung Pro 2 zukunftssichere Geräte auf den Markt, die diesen Ansprüchen gerecht werden.
Bild: Wago Kontakttechnik GmbH & Co. KGGrundsätzlich muss eine moderne Stromversorgung eines tun: Eine Wechselspannung in eine galvanisch sicher getrennte Gleichspannung wandeln. Gleichzeitig sollen Zeit und Kosten gespart werden - aber wie? Laut einer aktuellen Studie von Eplan und dem Institut für Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen der Universität Stuttgart aus dem Jahr 2017 benötigen die Projektierung und Erstellung des Stromlaufplans über 50 Prozent der Konstruktionszeit. Für die Praxis liegt hier ein erhebliches Einsparpotential. Durch den Umstieg von projektbezogenen oder auftragsorientierten Stromlaufplänen auf modulare Stromlaufpläne können beim Engineering-Prozess bis zu 45 Prozent der Zeit eingespart werden - das zeigt die Studie zum Thema Schaltschrankbau 4.0. Optimierungspotentiale wie diese gibt es im Schaltschrankbau und in der Stromversorgung einige, denn viele Arbeitsschritte laufen heute noch nicht automatisiert ab. 92 Prozent der befragten Studienteilnehmer setzen immer noch auf zweidimensionales Engineering. Aber wieso ist das so? Eine Branche, die diesbezüglich vor besonderen Herausforderungen steht, ist die Automobilbranche.
Automobilbranche: Steigender Anspruch an Stromversorgungen
Steht eine Produktionsanlage im Automobilbau auch nur für wenige Minuten still, bedeutet das schnell mehrere Tausend Euro Kosten und weniger produzierte Fahrzeuge. Mehr als ärgerlich, wenn dies durch eine ausgefallene Stromversorgung verursacht wurde, die im Anschaffungswert nur bei einem Bruchteil dieser Kosten liegt. Um das zu vermeiden, ist die Auswahl einer zuverlässigen Stromversorgung elementar. "Für Automobilhersteller spielt vor allem die Verfügbarkeit eine wichtige Rolle. Ein wichtiges Auswahlkriterium bei der Stromversorgung ist die theoretische Lebenserwartung", so Manfred Grabowski, Key-Account-Manager Automotive bei Wago. Ein genauer Blick in die Datenblätter bei der Auswahl der Stromversorgungen lohnt sich: Vergleichbare Geräte können sich deutlich unterscheiden, wenn genauer hingeschaut wird. Einhergehend mit einer langen Lebenserwartung ist in der Regel auch eine geringe Erwärmung und geringe Verlustleistung. Am Beispiel der Verlustleistung wird klar, dass man durch die geschickte Auswahl und Dimensionierung von Stromversorgungen auch Energiekosten einsparen kann.
Bild: Wago Kontakttechnik GmbH & Co. KGEntscheidender Unterschied: die richtige Schaltschrankkühlung
Je höher die Verlustleistung ist, desto stärker erwärmt sich die Stromversorgung. Das hat insbesondere Auswirkungen auf die Schaltschrankklimatisierung: Die Kosten für die Kühlung des Schaltschrankes steigen. Bereits ein Grad Erwärmung im Schaltschrank bedeutet einen deutlich höheren Energieaufwand. So empfehlen die Hersteller von Klimageräten für Schaltschränke eine Temperatur von 35 Grad. Wenn aber, wie bei manchen Anwendern der Automobilbranche, eine höhere Temperatur von z.B. 38 Grad eingestellt ist, trägt das Delta von drei Grad deutlich zur Senkung der Energiekosten und des CO2-Ausstoßes bei. Hierfür müssen aber die Schaltschrankkomponenten sowie die Stromversorgungen geeignet sein. Der Konstrukteur muss gegebenenfalls Derating-Kurven einzelner Komponenten beachten. Nicht so bei den neuen Wago Stromversorgungen Pro 2, die ohne Derating bis +60 Grad zu betreiben sind.
Neuer Taktgeber im Schaltschrank
Die effizienten Stromversorgungen von Wago liefern jederzeit eine gleichbleibende Versorgungsspannung - ganz gleich, ob für einfache Anwendungen oder für die Automatisierung mit großem Leistungsbedarf. Der hohe Wirkungsgrad sorgt für platzsparende Abmessungen; ein einheitliches Gehäusedesign und ein digitaler Zwilling machen die Implementierung sehr einfach. Ein weiterer Vorteil: Steckbare Anschlüsse ermöglichen eine vorkonfektionierte Verkabelung und eine schnellere Installation. Nachfolgend werden die wichtigsten Funktionen der neuen Stromversorgung beschrieben.
Power mit Kommunikation für Industrie 4.0
Die Stromversorgung Pro 2 ist so gebaut, dass wichtige Betriebsstatus entweder direkt an der Front abgelesen werden oder per Controller weitere wertvolle Daten abgerufen werden können. Nur wer Echtzeitstatus erhält, kann auch in Echtzeitsituationen einschätzen und überlegt handeln. Genau dafür verfügt die Stromversorgung über verschiedene Funktionen und Komponenten, die den Anwender informieren. Der LED-Bargraph an der Front zeigt die aktuelle Ausgangsleistung sowie Überlastungen bzw. Lastreserven an. Außerdem zeigen die LEDs den ausgewählten Betriebsmodus sowie im Falle eines Falles auch Warnungen und Fehler an. In Bezug auf Datenerfassung und Auslesen von Statusinformationen kann an die Stromversorgung Pro 2 jederzeit ein dezidiertes Kommunikationsmodul angeschlossen werden und so das gewünschte Protokoll für die Kopplung an die Automatisierungs- und Leitebene gewählt werden.
Bild: Wago Kontakttechnik GmbH & Co. KGIntelligentes Überlastvehalten
Applikationen mit großem Leistungsbedarf verlangen professionelle Stromversorgungen, die auch Leistungsspitzen zuverlässig abdecken können. Die Stromversorgung Pro 2 ermöglicht dies mit ihrem smarten Leistungsmanagement. Mit TopBoost, PowerBoost und weiterem parametrierbaren Überlastverhalten schützt und versorgt die Stromversorgung Anlagen mit smarten Strom- und Schaltmodi. Für eine zuverlässige und abgesicherte Anlagenverfügbarkeit stehen 150 Prozent Powerboost sowie bis zu 600 Prozent TopBoost zur Verfügung.
Ressourcensparender Energieeinsatz
Ein typischer Wirkungsgrad bei einem einfachen Netzgerät mit 960W Nennleistung beträgt 91 Prozent. Bei der neuen Pro 2 Stromversorgung liegt der Wirkungsgrad bei 96 Prozent. Auf den ersten Blick scheinen diese 5 Prozentpunkte nicht gerade viel zu sein - aber genau auf diese kommt es an: Dieser bessere Wirkungsgrad der Netzgeräte spart 55W an Verlustleistung. Auf eine Betriebszeit von fünf Jahren gerechnet bedeutet dies eine Einsparung von 198 Euro an Energiekosten und gleichzeitig eine Einsparung von einer Tonne CO2. Zum Vergleich: Eine 80-jährige Buche mit 23m Wuchshöhe kann eine Tonne CO2 speichern - und bei mehreren hundert Netzgeräten in einer Produktionsstraße wäre das schon ein ganzer Wald.
Bild: WAGO Kontakttechnik GmbH & Co. KGHerausfordernde Umweltbedingungen
Ganz gleich, ob in der Arktis oder in der Wüste - die Wago Stromversorgungen Pro 2 können von -40 bis +70 Grad gestartet und betrieben werden. Ein geringes Derating beginnt bei >>60 Grad und ermöglicht so eine 70-prozentige Ausgangsleistung auch bei 70 Grad-Anwendungen. Und das bis zu einer Einsatzhöhe von 5000m über dem Meeresspiegel. Außerdem sind die Schaltungen in der Stromversorgung sehr robust gegen Transienten. Die Überspannungskategorie III gewährleistet einen sicheren Betrieb in Stromnetzen mit Überspannungsspitzen oder Schaltschränken mit rückspeisenden Antriebsregelern.
Nachgefragt: Stefan Wagner, Head of PM Power Supplies bei Wago im Expertengespräch
Vor welchen Herausforderungen steht die Schaltschrankbranche? Welche Optimierungspotentiale sehen Sie?
Stefan Wagner: Zeit- und Wettbewerbsdruck sind wesentliche Herausforderungen, vor denen die Branche steht. Durch Modularisierung und Wiederverwendung von Projektierungen wird versucht, Projektierungszeit zu sparen sowie Fehler zu minimieren. Die weitere Modularisierung bis in die Geräteebene und die Nutzung von Smart Data stellen dabei weitere Optimierungspotentiale dar.
Digitalisierung ist in aller Munde. Prozesse werden immer mehr miteinander vernetzt. Herr Wagner, wie sieht für Sie eine moderne Stromversorgung 4.0 aus?
Wagner: Neben der klassischen Funktion als Wandler kann ein modernes Netzgerät wertvolle Daten liefern, die z.B. für eine vorausschauende Wartung und Instandhaltung genutzt werden können. So lässt sich die Belastung darstellen, wie z.B. Grundlast, Spitzenlast, Überlast oder ggf. Unterspannung. Durch Langzeitmonitoring sieht man Veränderungen, die z.B. auf Alterung von Verbrauchern rückschließen lassen. Idealerweise ist ein Netzgerät mit diesen Funktionen modular aufgebaut: Der Kommunikationsweg kann gewählt werden, sei es über eine potentialfreie Meldung, einen Konfigurationsanschluss für den Servicetechniker mit seinem Laptop vor Ort oder aber die permanente Kommunikation über gängige Feldbussysteme, die jederzeit optional mittels aufsteckbarem Kommunikationsmodul ergänzt werden können.
Wie sehen Sie die Vielfalt an unterschiedlichen Stromversorgungen am Markt? Wie unterscheidet sich die neue Wago Lösung Pro 2?
Wagner: Die Vielfalt der Stromversorgungen am Markt spiegelt die unterschiedlichen Einsatzgebiete und Applikationen wider. Wettbewerb ist gut für den Anwender, denn so kann er die für seine Applikation passende Stromversorgung auswählen. Dies ist ein wesentlicher Vorteil der neuen Stromversorgung Pro 2: Eine größere Anpassungsfähigkeit an die Applikation bietet derzeit kein anderer Anbieter in einem Gerät. Durch die umfangreichen Möglichkeiten in Bezug auf Konfiguration und Monitoring, die schmale Baubreite, den hohen Wirkungsgrad sowie die hohe Zuverlässigkeit und Lebensdauer erhält der Kunde eine hochperformante, zukunftssichere und optimale Versorgung der Verbraucher im Schaltschrank.
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WAGO Kontakttechnik GmbH & Co. KG
Dieser Artikel erschien in SPS-MAGAZIN 8 2019 - 21.08.19.Für weitere Artikel besuchen Sie www.sps-magazin.de
