Wie können Sie kritische SPS vor kostspieligen Stromausfällen schützen?
In den heutigen automatisierten Fabriken ist eine gleichmäßige und saubere Stromversorgung unverzichtbar. Speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) und verteilte Leitsysteme (DCS) bilden das intelligente Herzstück der Produktion und steuern alles von einfachen Abläufen bis hin zu komplexen Dauerprozessen. Daher kann schon eine kurze Stromstörung sofortige Anlagenstillstände, Datenbeschädigungen und erhebliche finanzielle Verluste verursachen. Die Umsetzung einer widerstandsfähigen unterbrechungsfreien Stromversorgung (USV) ist deshalb nicht nur ein Zubehör, sondern ein grundlegender Bestandteil der Betriebssicherheit. Dieser Artikel bietet praxisnahe Hinweise zur Auswahl und Einrichtung von USV-Lösungen zum Schutz dieser wichtigen Industrieanlagen.
Erkennung von Strombedrohungen im industriellen Umfeld
Fertigungsbetriebe sehen sich einem rauen elektrischen Umfeld gegenüber. Spannungseinbrüche, kurzzeitige Überspannungen und Oberschwingungen treten häufig auf. Diese Störungen können dazu führen, dass SPS ausfallen, ihr Programm verlieren oder einen ungeplanten Neustart erzwingen. Ein kompletter Stromausfall stoppt die Produktion sofort. Ein speziell entwickeltes USV-System dient als unverzichtbarer Puffer gegen diese Gefahren und sichert die Betriebsfortführung.
Grundlegende Richtlinien für die USV-Auswahl
Die Wahl einer passenden USV erfordert ein systematisches Vorgehen. Führen Sie zunächst eine genaue Bestandsaufnahme aller Geräte im Steuerkreis durch. Berechnen Sie den Gesamtbedarf in Voltampere (VA) oder Watt für SPS-Racks, Ein-/Ausgabemodule, Bedienfelder und Netzwerkinfrastruktur. Legen Sie anschließend die erforderliche Überbrückungszeit fest. Eine Laufzeit von 20 bis 30 Minuten ermöglicht in der Regel ein geordnetes Herunterfahren des Prozesses oder die Umschaltung auf einen Notstromgenerator.
Wesentliche bewährte Verfahren für eine zuverlässige Konfiguration
Eine USV wirksam einzusetzen bedeutet mehr als nur das Einstecken. Beachten Sie diese wichtigen Strategien für optimalen Schutz und lange Lebensdauer.
1. Führen Sie eine detaillierte Lastanalyse durch
Erfassen Sie alle Komponenten, die mit Strom versorgt bleiben müssen. Dies umfasst nicht nur die Haupt-SPS, sondern auch entfernte Ein-/Ausgabebaugruppen, Kommunikationsschalter und wichtige Sensoren. Verwenden Sie ein Strommessgerät, um den tatsächlichen Verbrauch zu ermitteln, anstatt sich nur auf die Typenschilder zu verlassen. Genaue Daten verhindern teure Überdimensionierung oder gefährliche Unterdimensionierung.
2. Optimieren Sie die Systemkapazität mit einem Sicherheitszuschlag
Wählen Sie eine USV mit einer Nennleistung, die 25–35 % über Ihrer berechneten Last liegt. Dieser Spielraum ermöglicht zukünftige Erweiterungen und verhindert, dass das Gerät ständig am Limit arbeitet, was Zuverlässigkeit und Wirkungsgrad verbessert. Außerdem berücksichtigt dies die höheren Einschaltströme, die bei industriellen Stromversorgungen typisch sind.
3. Setzen Sie auf ein Online-Doppelwandler-System
Für mikroprozessorbasierte Steuerungen wird die Online-Doppelwandler-USV-Technik dringend empfohlen. Dieses System wandelt den Wechselstrom kontinuierlich in Gleichstrom und anschließend wieder in sauberen, stabilen Wechselstrom um. Dadurch erhalten angeschlossene Geräte eine perfekte Trennung vom rohen Netzstrom, einschließlich Spannungseinbrüchen, Überspannungen und Frequenzschwankungen.
4. Nahtlose Einbindung in die elektrische Anlage der Fabrik
Planen Sie die USV-Installation als integralen Bestandteil der Stromverteilung Ihrer Anlage. Verwenden Sie eigene, gekennzeichnete Stromkreise vom USV-Ausgang, die ausschließlich die kritischen Automatisierungslasten versorgen. Diese Vorgehensweise verhindert, dass nicht notwendige Geräte während eines Ausfalls die Batteriereserve entladen.
5. Priorisieren Sie Erweiterbarkeit und eingebaute Redundanz
Moderne modulare USV-Systeme bieten erhebliche Vorteile. Sie können Leistungsmodule schrittweise hinzufügen, wenn Ihre Anlage wächst. Für Prozesse, bei denen Stillstandzeiten inakzeptabel sind, empfiehlt sich eine N+1-Redundanz. So übernimmt bei Ausfall eines Moduls sofort ein anderes die volle Last ohne Unterbrechung.
6. Setzen Sie auf fortschrittliches Batteriemanagement und Überwachung
Die Batterie ist die wichtigste Komponente für die Laufzeit. Investieren Sie in hochwertige, industrietaugliche Zellen. Führen Sie regelmäßige Leistungstests und Überwachungen durch. Moderne intelligente USV-Systeme liefern genaue Laufzeitprognosen und Frühwarnungen bei Batteriezustandsproblemen.
Perspektive des Autors: Der Wandel zu intelligenterer Stromversorgung
Die Branche geht über die Betrachtung der USV als einfache Batteriebox hinaus. Die neuesten Systeme sind intelligente Knotenpunkte im industriellen Internet der Dinge (IIoT). Sie bieten vorausschauende Analysen, die Wartungsteams ermöglichen, Probleme zu beheben, bevor ein Ausfall eintritt. Mein Rat ist, USV-Gesundheitsdaten in Ihr gesamtes Anlagenmanagementsystem einzubinden. So entsteht ein umfassender Überblick über die Systemzuverlässigkeit. Zudem haben Lithium-Ionen-Batterien zwar höhere Anschaffungskosten, doch ihre längere Lebensdauer, geringere Größe und gleichbleibende Leistung führen oft zu niedrigeren Gesamtkosten im Vergleich zu herkömmlichen wartungsfreien Blei-Säure-Batterien (VRLA).
Praxisbeispiel: Chargenfertigung in der Pharmaindustrie
Ein Pharmahersteller hatte wiederkehrende Spannungseinbrüche, die den SPS-gesteuerten Chargenprozess störten. Jedes Ereignis beschädigte Rezeptdaten, was zu einer vollständigen Chargenverwerfung und einer sechsstündigen Reinigungs- und Neustartprozedur führte, mit Kosten von über 50.000 US-Dollar pro Vorfall. Die Lösung bestand in der Installation von zwei 80-kVA-modularen Doppelwandler-USV-Systemen in einer parallelen Redundanzschaltung. Diese Einheiten sorgten für eine unterbrechungsfreie Stromversorgung und 15 Minuten Überbrückungszeit. Nach der Umsetzung traten keine chargenbedingten Ausfälle durch Stromprobleme mehr auf, was die Produktqualität sicherte und jährliche Einsparungen von etwa 300.000 US-Dollar ermöglichte.
Zukunftsausblick: Integrierte und widerstandsfähige Stromsysteme
Die Verschmelzung von Stromschutz und Energiemanagement ist ein wichtiger Trend. Zukünftige USV-Systeme könnten direkt mit vor Ort erzeugten erneuerbaren Energien, wie Solaranlagen, verbunden werden, um die Überbrückungszeiten zu verlängern und die Nachhaltigkeit zu verbessern. Zudem wird mit der Verbreitung von dezentraler Datenverarbeitung in der Automatisierung der Bedarf an kleineren, verteilten USV-Einheiten steigen, die nahe bei IoT-Sensoren und Steuerungen im Feld eingesetzt werden. Die Cybersicherheit dieser vernetzten Stromgeräte wird ebenfalls an Bedeutung gewinnen.
