Systemintegrierte Messtechnik vereinfacht Energiemanagement

Energie-Transparenz

Mit einer durchgängigen Leistungsmesskette vom Sensor bis in die Cloud vereinfacht Beckhoff das Energiemanagement. Die Lösung beginnt mit den SCT-Stromwandlern direkt bei der Aufnahme des physikalischen Messwerts und endet über den IoT-Koppler EK9160 und mit Twincat bei der cloudbasierten Datenanalyse. Dazwischen deckt ein breites Spektrum an Energiemessklemmen alle Anforderungen ab.

Die durchgängige Leistungsmesskette innerhalb von PC-based Control lässt sich auf allen Automatisierungsebenen sowohl soft- als auch hardwareseitig an die jeweiligen Anforderungen anpassen. (Bild: Beckhoff Automation GmbH & Co. KG)

Durch eine kontinuierliche und systemintegrierte Leistungsmessung lassen sich im Produktionsumfeld umfangreiche Inline-Analysen durchführen, um Abweichungen direkt zu erfassen und damit ein schnelles Eingreifen zu ermöglichen bzw. Stillstandzeiten zu minimieren. So kann beispielsweise der kontinuierlich steigende Stromverbrauch einer Maschine auf Lagerverschleiß hinweisen. Ein abnehmender Stromverbrauch kann frühzeitig auf Qualitätsprobleme hinweisen. Bisher war ein solches kontinuierliches Monitoring allerdings meist mit erheblichem Aufwand verbunden, denn häufig mussten externe Sensoren nachträglich kostenintensiv und teilweise mithilfe von Sonderbauteilen integriert werden. Mit den Leistungsmessklemmen von Beckhoff lässt sich dies hingegen mit Standardkomponenten und entsprechend geringem Aufwand realisieren, auch im Rahmen von Retrofits existierender Maschinen und Anlagen. Mit einer Leistungsmessung an einem vorhandenen Motorkabel lassen sich z.B. asymmetrische Ströme direkt innerhalb von Millisekunden und nicht erst indirekt über die steigende Motortemperatur detektieren. Mechanische Schwachstellen können bei Vibrationen in Form von zunehmenden Oberwellenanteilen identifiziert werden. Um die Beurteilung aktueller Messwerte für den Anwender so weit wie möglich zu vereinfachen, hat Beckhoff den sogenannten Power Quality Factor (PQF) entwickelt. Dieser Richtwert erlaubt es, die Spannungsqualität im Umfeld einer Maschine oder Anlage anhand eines einzigen Zahlenwerts zu beurteilen, ohne Frequenz, Spannung, harmonische Oberwellen und Symmetrie separat analysieren zu müssen. Tritt beispielsweise ein Fehler an einer Maschine auf und fällt der PQF in derselben Zeit auf null, wurde der Fehler vermutlich nicht von der Maschine selbst, sondern durch eine Veränderung der Spannungsversorgung verursacht. Mit solchen Informationen lassen sich Fehlerursachen und -auswirkungen schneller beheben. Zudem kann ein fallender PQF als Frühwarnsystem dienen und die Klärung etwaiger Haftungsfragen vereinfachen.

Mit PC-based Control gelangen die Energiemessdaten auf lückenlosem Weg vom Stromsensor z.B. über den IoT-Koppler EK9160 bis in die Cloud. (Bild: Beckhoff Automation GmbH & Co. KG)

Verteilte Leistungsmessung

Eine effiziente und kostengünstige Möglichkeit, um auch in komplexeren Systemen exakte Leistungsmessdaten zu erhalten, bietet das neue Konzept der verteilten Leistungsmessung. Zentrales Element ist die 6-Kanal-Strom-Eingangsklemme EL3446 für bis zu 1A AC/DC-Messstrom. Mit ihr lassen sich auch bei räumlich getrennter Spannungs- und Strommessung genaue Leistungswerte ermitteln. Entscheidend ist dabei, dass sich mit der EL3446 als reine Strommessklemme alle relevanten elektrischen Daten des Versorgungsnetzes (inklusive echter Leistungsmesswerte) ermitteln lassen. Die für die Berechnung der Leistungsdaten erforderlichen Spannungswerte werden ihr über Ethercat von einer nur einmal pro Netzwerk zu installierenden 3-Phasen-Leistungsmessklemme EL3443 übermittelt, und zwar über die Distributed Clocks von Ethercat zeitlich exakt synchronisiert. In den EL3446 werden dann Wirkleistung und Energieverbrauch für jede der jeweils bis zu sechs anschließbaren Phasen berechnet. Die Effektivwerte von Spannung und Strom sowie Wirk-, Schein-, Blindleistung bzw. Frequenz, Phasenverschiebungswinkel und Oberschwingung stehen somit zur Verfügung und ermöglichen eine umfangreiche Netzanalyse bis hin zum Energiemanagement. Dieses Konzept der verteilten Leistungsmessung – mit nur einer EL3443 und beliebig vielen EL3446 – minimiert den Hardware- und Installationsaufwand. So entfällt der Verkabelungsaufwand für die Spannungsverteilung. Zudem wird der Kanalpreis für die Leistungsmessung um nahezu 50% reduziert, ohne die Abtastgeschwindigkeit mit steigender Messstellenanzahl verringern zu müssen. Hinzu kommt, dass lediglich die Energiemessklemme EL3443 spannungsseitig über Sicherungen abgesichert werden muss. Bei allen Folgemessungen entfallen also die bei einer konventionellen Leistungserfassung erforderlichen Sicherungen.

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