Anlagensteuerung und Netztechnik in einer Einheit

Steuerungsintegriertes Modul für Netzmessung und Schutz

Anlagensteuerung und
Netztechnik in einer Einheit

Klassische Automatisierungstechnik zur Steuerung energietechnischer Anlagen wird seit vielen Jahren von kosteneffizienter SPS-Technik dominiert. Für hochdynamische Netzmessung, digitalen Schutz, Powerquality oder Störungsanalyse kommen allerdings nach wie vor dedizierte, dezentrale Einheiten aus der klassischen Energietechnik zum Einsatz. Welche Vorteile hingegen die steuerungsintegrierte Messtechnik bietet, erläutert Matthias Schagginger, Senior Manager Product Line Management bei Bachmann Electronic.
Herr Schagginger, woher kommt die heute noch übliche technologische Trennung von SPS- bzw. Automatisierungswelt und Netztechnik?

Matthias Schagginger: In vielen Unternehmen sind zwei verschiedene Abteilungen für diese beiden Aspekte der Konzipierung energietechnischer Anlagen zuständig. Die beiden Bereiche haben nicht allzu viele Berührungspunkte und setzen unterschiedliche Werkzeuge und Produkte ein. Da ist es nicht verwunderlich, dass der Integrationsdruck hin zu Synergien ausbleibt. Zudem waren für Netzexperten die Portfolios der Steuerungshersteller bisher wenig interessant. Baugruppendesigns mit Fokus auf Energiedatenerfassung für den Niederspannungsbereich oder für Laboranwendungen sind für den professionellen Einsatz an Erzeugungsanlagen oder Übertragungskomponenten nicht geeignet. Das beginnt bei technischen Eigenschaften wie Störfestigkeit, Messbereichen und Überlastfähigkeit, vorhandenen energietechnischen Berechnungen sowie Messdynamik und endet bei international zertifizierten Schutzfunktionen. Energietechniker setzten daher lieber auf klassische und bewährte Spezialprodukte.

Welche Synergien lassen sich durch die Integration der Netzfunktionen in die Steuerung freisetzen?

Schagginger: Wenn Funktionen in einem Gerät integriert werden, dann steigt nicht nur die Effizienz durch gemeinsame Hardware – auch der Aufwand für Integration, Ausbildung, Fehlersuche oder Ersatzteilbevorratung sinken. Bachmann Electronic arbeitet seit mehr als sechs Jahren an der Vereinigung dieser getrennten Welten und hat bereits einige Produkte auf den Markt gebracht – das aktuellste ist das Funktionsmodul GMP232/x.

Was ist das Besondere an diesem Modul?

Schagginger: Mit den Modulen bietet Bachmann Electronic eine vollständige Lösung zur Messung und Überwachung elektrischer Drehstromnetze, die in das M1-Automatisierungssystem integriert ist. Das ermöglicht die Kombination von Anlagensteuerung und Netztechnik in einer Einheit. Als Einsteckoption für die betriebsführende SPS kombinieren die Module parametrierbare Standardfunktionen mit der freien Programmierbarkeit und Flexibilität des Modularsystems. Separate Geräte für Netzmessung, Schutz und Fehleraufzeichnung sind nicht mehr erforderlich, Integrationsaufwände und Schnittstellenprobleme entfallen.

In welchen Messbereichen lässt sich

das Modul einsetzen?

Schagginger: Bis 690V ist ein Direktanschluss der Spannungsmessung möglich, für höhere Spannungsebenen ist eine 100/120V-Wandlerschnittstelle verfügbar. Bei der Strommessung sind die klassischen 1A- und 5A-Wandler vorgesehen. Neben der Messung von Basisdaten wie Spannung, Strom, Wirk- und Blindleistung oder Frequenz sind insgesamt 40 Überwachungsfunktionen integriert. Damit lässt sich die jeweils gewünschte Kombination für den Netz- und Anlageneigenschutz einfach einrichten. Das reicht vom mehrstufigen zeitunabhängigen Spannungs- und Frequenzschutz über den Q/U-Schutz bis hin zur Phasensprungüberwachung. Die zeitabhängigen Funktionen für LVRT und HVRT (Low/High Voltage Ride Through) lassen sich über Stützpunkte bequem konfigurieren. Der integrierte zeitabhängige Frequenzschutz bietet insbesondere für den Anlageneigenschutz sensibler Komponenten eine zuverlässige Alternative zu ‚handgestrickten‘ Lösungen im Anwenderprogramm.

Welche Möglichkeiten bietet das Modul, wenn eine Überschreitung von Grenzwerten gemessen wird?

Schagginger: Das Modul verfügt über Relaisausgänge, welche die direkte Schaltung von zwei Auslösekreisen unabhängig vom restlichen SPS-System ermöglichen. Alle Grenzwertverletzungen werden automatisch mit synchronisiertem Echtzeitstempel im Ereignisprotokoll aufgezeichnet. Für die spätere Störungsanalyse erfasst das Modul den zeitlichen Verlauf von Netzgrößen im 100µs-Raster. Unerwünschte Zustände im Netz zeigen sich nicht unbedingt durch Überschreiten von Grenzwerten. Eine integrierte FFT-Analyse berechnet laufend das Spektrum von Strömen und Spannungen aller Phasen und liefert die Harmonischen bis zur 50. Oberschwingung. Überdies werden globale Kenngrößen der Netzqualität wie Klirrfaktoren oder Asymmetrie direkt ausgegeben.

Werden diese Daten und Werte auch für übergeordnete Steuerungssysteme zur Verfügung gestellt?

Schagginger: Ja, um übergeordnete Systemteile wie Leitstände und Zentraldatenerfassung dabei nicht mit zu großen Datenmengen zu belasten, können die Module die Daten intern aggregieren. Neben den hochdynamischen Onlinewerten lassen sich Mittelwert, Minimum und Maximum über einstellbare Intervalle ausgeben. Durch die Berechnung dieser Verdichtung direkt auf Quelldatenebene lassen sich so beispielsweise hochgenaue 10- oder 15min-Werte unmittelbar bereitstellen. Im Hinblick auf das Smart Grid spielt die Vernetzung eine entscheidende Rolle. Über die CPU-Module und ihre Schnittstellen lassen sich alle gängigen Fernwirkprotokolle einrichten. Eine Ethernet- und Feldbuskommunikation ist ebenfalls möglich – das Funktionsmodul verfügt über Profibus-, Profinet-, Ethercat-, CAN- oder DeviceNet-Schnittstellen.

Wie unterstützt Bachmann Electronic den Anwender bei der Konfiguration?

Schagginger: Die Module lassen sich über die PC-Software Solutioncenter parametrieren. Konfiguration, Inbetriebsetzungsdiagnose und Störfallanalyse sind in dem Projektierungs-Tool durch intuitive grafische Oberflächen realisiert. Zudem kann der Anwender eine dynamische Visualisierung der Messwerte im Webbrowser über die M1-integrierte Funktion WebMI pro individuell gestalten.

Worin liegt genau der Mehrwert Ihrer steuerungsintegrierten Lösung?

Schagginger: Mit dem GMP232/x lässt sich ein breites, bisher nur Spezialsystemen vorbehaltenes Einsatzspektrum mit einem Einsteckmodul für die SPS abdecken. Die technischen Daten bieten auch für die nächste Novelle von Netzanschlussbedingungen und Vorschriften Reserven. Die Lösung wird darüber hinaus viele Vorteile für den Netzbereich verfügbar machen: Als Beispiel seien der Fernwartungszugang, die eingebaute Security mit moderner Benutzerverwaltung oder die komfortable Parameterverwaltung genannt. Durch die Datentransparenz und die Möglichkeit, die Kommunikationskanäle der Steuerung mit zu nutzen, lassen sich die Zusatzinformationen des Moduls auch für Leitstände oder globale Serviceportale verfügbar machen. Der Detailvorteil wird somit auch für andere Benutzergruppen zugänglich.

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