Notstromversorgung | Industrie 4.0 setzt auf hochgradig vernetzte Produktionssysteme. Die Funktion jedes elektronischen Bauteils ist aber von Stromschwankungen bedroht. Was mit dem Absturz eines Rechners beginnt, endet im schlimmsten Fall mit dem kompletten Produktionsstopp. Dagegen hilft eine unterbrechungsfreie Stromversorgung USV.
Michael Grupp
Seit der Energiewende mehren sich die Stromausfälle in Deutschlands Netzen. Grund sind die heterogenen Systeme und Quellen, die jetzt zum Energiemix zusammengeschaltet werden – schon ein kurzfristiges Abflauen des Windes in Norddeutschland oder eine bayrische Wolkenfront können sich im gesamten Netz bemerkbar machen. Immer häufiger müssen Netzbetreiber deshalb mit kurzfristigen Redispatch-Maßnahmen in die Stromfahrpläne eingreifen. Die Folgen sind kurzfristige Über- oder Unterspannungen, die in deutschen Produktionshallen und Rechenzentren ankommen. Mit teilweise kostspieligen Konsequenzen: in vernetzten Produktionsstrukturen kann ein sekundenlanger Ausfall einen tagelangen Produktionsstillstand zur Folge haben.
Eine Sekunde mit Folgen
Eine einzige Stromschwankung kann zum Beispiel zum Datenverlust des flüchtigen Speichers einer CNC-Steuerung führen. Reagieren elektromechanische Antriebe mit einem plötzlichen Stillstand, werden unter Umständen teure Werkstücke beschädigt. Auf jeden Fall muss die Achsposition sowie der Nullpunkt wieder neu eingelesen werden – ganz zu schweigen von der Gefahr für die Bediener. Dauert der Stromausfall an, muss ohne Notstromversorgung die Produktion gestoppt werden.
Solche Szenarien lassen sich mit einer Notstrom-Versorgung vermeiden. Ersatzstrom-Anlagen (etwa Dieselgeneratoren) sichern nach kurzer Unterbrechung eine autarke Stromversorgung – verhindern aber nicht den Absturz von Rechnern und Steuerungen. Dazu bedarf es einer unterbrechungsfreien Notstromversorgung. Diese sorgt dafür, dass Stellmotoren zumindest ihre vorkonfigurierten Sicherheitspositionen einnehmen und Regel-PCs und Steuerungen ohne Datenverlust ordnungsgemäß herunterfahren. Übliche Zeiträume für die Überbrückung liegen zwischen fünf Minuten und einer halben Stunde, können aber auch länger sein.
Unterschiedliche USV-Systeme
EN50091-3 und VDE 0558 differenzieren USV-Geräte anhand ihres Betriebsverhaltens:
- 1. Offline-Systeme. Bei Stromausfall oder Spannungsschwankungen schaltet die USV automatisch auf Batterieversorgung um. Offline-Systeme eignen sich für die Absicherung von PCs, Workstations, Peripherien und Telefonanlagen.
- 2. Line-interaktive Systeme überwachen das Verhältnis von Ein- und definierter Ausgangs-Spannung. Bei zu großer Differenz greift eine Kontrolleinheit mit Hilfe einer Batterie regelnd ein.
- 3. Doppelwandler-USV. Sie bearbeiten kontinuierlich die Eingangsspannung mit Gleichrichtern und Wechselrichtern und sichern so jederzeit eine störungsfreie und unabhängige Stromversorgung. Dieses System gewährleistet einen sicheren Schutz gegen Spannungsabfälle wie auch gegen Frequenzabweichungen und harmonische Oberwellen. Doppelwandler-Systeme sind für die Absicherung von Steuerungstechnik wie auch für unternehmenskritische Anwendungen ausgelegt. Sie bieten maximale Sicherheit – sind aber auch mit den höchsten Investitions- und Betriebskosten verbunden.
Planung und Realisierung
Bei der Planung einer unterbrechungsfreien Stromversorgung müssen zuerst die zu sichernden Bereiche festgelegt werden: zum Beispiel Produktions-Infrastruktur, IT und Telefonanlage. Bei der Auslegung muss berücksichtigt werden, dass Steuer- und Regeltechnik andere Stromstärken benötigen als zum Beispiel Industrie-PCs und Schrittmotoren. Das erfordert eventuell unterschiedliche, parallele Absicherungssysteme. Ebenfalls zu berücksichtigen ist, dass die Anlaufströme der Elektromotoren zum Anfahren der Parkpositionen oft deutlich über dem Nennstrom liegen. In jedem Fall sollte die USV eine Leistungsreserve von mindestens 25 % besitzen – abhängig von der Netzqualität, der geforderten Überbrückungszeit und der benötigten Nennkapazität.
Im zweiten Schritt folgt die Definition des Ausfall-Szenarios. Es beschreibt den automatisierten Austausch von Statusmeldungen zwischen USV-System, Industrie-PCs und Maschinen-Steuerungen über das vorhandene Netzwerk-Protokoll – zum Beispiel SNMP. Fällt dann in dieser Infrastruktur eine Steuerung aus, werden die Antriebe auf sicherere Positionen gefahren und danach die Steuer-PCs kontrolliert heruntergefahren.
Faktor Mensch
Und nicht zuletzt: Zu einem Ausfall-Szenario gehört immer auch ein organisatorisches Notfall-Konzept. Alle Mitarbeiter müssen im Vorfeld informiert und gegebenenfalls geschult werden. Klar geregelt werden muss zum Beispiel, welche Arbeitsplätze auf jeden Fall weiter betrieben werden, wer die Führung des Notfall-Konzeptes übernimmt und dass die Verantwortlichen in jedem Fall kurzfristig erreichbar sind. •
Journalist in Remshalden
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