UMG 96RM-PN – der Kommunikations-PROFI

Kommunikation von der Maschine bis zum Web

Um Ethernet vom Büro ins Anlagenfeld zu holen, bedarf es einiger Erweiterungen; die wichtigste ist die Echtzeitfähigkeit. Ein marktfähiges Industrial Ethernet muss je nach Einsatz Safety-Anwendungen oder das gesamte Spektrum der Antriebstechnik bis hin zur taktsynchronen Motion Control mit Zykluszeiten unter einer Millisekunde beherrschen. Dies erreicht man durch eine geschickte Aufteilung der Protokolle über das OSI-Schichtenmodell. Viele Lösungen sind so entstanden. Eine der verbreitetsten ist der offene Standard PROFINET, der zudem einen hohen Investitionsschutz bietet. Existierende Feldbussysteme wie Profibus DP, Profibus PA, AS-Interface und Interbus lassen sich ohne Änderungen der existierenden Feldgeräte einbinden.

Messdaten erfassen mit PROFINET

PROFINET spart bereits Kosten bei Installation, Engineering und Inbetriebnahme. Später profitiert der Betreiber von der leichten Erweiterbarkeit und hohen Verfügbarkeit durch autonom laufende Teilanlagen. Dementsprechend ist PROFINET in allen Anwendungen des Maschinen- und Anlagenbaus vertreten: In der Automobilindustrie, der Papierindustrie, der Kunststoffverarbeitung, der Fördertechnik, der Lebensmittelindustrie und der Verfahrenstechnik. Es ist naheliegend, diese Kommunikationsstruktur auch für eine maschinennahe Energiedatenerfassung zu nutzen. Hierfür hat Janitza auf Basis der bewährten UMG 96er Geräte einen PROFINET-Spezialisten entwickelt: Das UMG 96RM-PN – ein Messgerät, das weit mehr ist als eine Standardversion mit angeflanschter PROFINET-Schnittstelle.

UMG 96RM-PN, der PROFINET-Spezialist

Das UMG 96RM-PN verfügt über zwei PROFINET IO-IRT konforme Ethernetschnittstellen und einen integrierten Switch. Anhand der vertrauten Linientopologien wird der Aufbau der Feldbustechnik normgetreu dargestellt. Die Parametrierung und Konfiguration kann z. B. vollständig über die Step 7®-Umgebung erfolgen. Alle Messwerte werden direkt im Prozessdatenkanal der SPS abgebildet. Seine digitalen Ein- und Ausgänge sind sowohl über Modbus als auch über PROFINET nutzbar. Zwei analoge Eingänge stehen für 0-50 mA bzw. die Temperaturerfassung zur Verfügung. Ein separater 5A-Strommesskanal kann z. B. den Neutralleiter überwachen.

Alle relevanten Messgrößen sowie Kommunikationsparameter sind auf der geräteeigenen Homepage darstellbar. Ein REST-Interface ermöglicht die Abfrage von Messwerten und Konfigurationsparametern über die HTTP-Schnittstelle. Ein Highlight ist die integrierte Differenzstrommessung (RCM), mit der sich beginnende Isolationsfehler in einem frühen Stadium erkennen lassen. Dies erhöht die Anlagenverfügbarkeit und mindert die Brandgefahr.

Seit einigen Jahren verändern sich das klassische Planungsleitbild und die Technik der elektrischen Energieversorgung durch viele äußere Umstände. Dabei spielen die Anforderungen an effizientere Netze eine genau so große Rolle, wie die stetig ansteigende Einspeiseleistung aus erneuerbaren Energien. Diese Einflüsse wirken zum größten Teil auf das Niederspannungsnetz. Dort können kritische Betriebszustände und Überlastungen entstehen, da die klassisch geplanten Netze dafür nicht bemessen wurden.

Ortsnetzstationen werden immer häufiger zu intelligenten Knotenpunkten: Sie übernehmen Aufgaben von der reinen Messung über die Fehlerortung, Störungserkennung, Netzqualitätsanalyse bis hin zur kompletten Fernsteuerung oder gar Automation. Speziell bei der Nachrüstung vorhandener Ortsnetzstationen gilt es, folgenden Rahmenbedingungen Rechnung zu tragen:

Einfache Integration der Messgeräte in die Feldbusebene

Die Energiedatenerfassung hat in den letzten Jahren rasant an Bedeutung gewonnen. Dies bezieht sich weniger auf den Kostenfaktor an sich als auf die Erkenntnis, dass nur eine feingranulare und zeitlich hoch aufgelöste Energie datenerfassung die gewünschten Einsparungen ermöglicht. Hierzu muss die Messtechnik in bereits vorhandene Anlagen integriert werden – womöglich sogar im laufenden Betrieb.

PROFINET ist für diese Aufgabe ideal, denn dieser Standard erlaubt die einfache Einbindung in existierende Feldbussysteme wie Profi bus DP, Profi bus PA, ... Damit lassen sich auch Messgeräte wie das UMG 96RM-PN unkompliziert in die Feldbusebene integrieren.

Die einfache Installation verringert die Kosten. Außerdem ist so eine Migration von zentralen zu dezentralen Strukturen möglich. Zusätzliche Infrastrukturkomponenten entfallen, denn das UMG 96RM-PN hat bereits einen Switch und zwei PROFINET-Schnittstellen an Bord und ermöglicht so den Aufbau von Linienstrukturen.

Auf Basis dieser Infrastruktur lässt sich ein Energiemanagement- System einfach realisieren. Per PROFINET lassen sich die erfassten Daten in Echtzeit an einen zentralen Ort leiten, in leistungsfähigen Datenbanken zentral speichern und zur weiteren Verarbeitung in einer möglichst offenen Architektur zur Verfügung stellen.

Janitza hält hierfür die entsprechenden Lösungen bereit – von der autarken Software bis zur Cloud. Damit kann der Anwender ein eigenes, autarkes Energiemanagement realisieren oder auf Service-Angebote von Janitza zurückgreifen.

Steuern

Echtzeitfähige Messwerterfassung durch die Maschinen- oder Anlagensteuerung
Echtzeitfähige Messwerterfassung durch die Maschinen- oder Anlagensteuerung

parallel

Visualisieren

Webvisualisierungssoftware GridVis® zum Aufbau eines Energiemanagement- Systems
Webvisualisierungssoftware GridVis® zum Aufbau eines Energiemanagement- Systems

Anlagensicherheit durch Differenzstromüberwachung

Das UMG 96RM-PN ermöglicht nicht nur die kontinuierliche Erfassung von Verbräuchen, sondern auch eine Differenzstromüberwachung (RCM). Per RCM lassen sich Störungen erkennen, die ein einzelnes System nur teilweise oder gar nicht wahrnehmen würde. So kann der Anwender reagieren, bevor Sicherungen oder Fehlerstromschutzschalter (RCD) betroffene Anlagen oder Steckdosenstromkreise abschalten. Dies gilt vor allem für schleichend steigende Differenzströme (z. B. ausgelöst durch Isolationsfehler), zu hohe Betriebsströme oder anderweitige Überlastungen von Anlagenteilen oder Verbrauchern.

RCM kann aber noch mehr – nämlich die Brandgefahr reduzieren! Bei ausreichend hohem Stromfl uss (bei sattem Erdschluss bzw. entsprechend niederohmigem Schluss) wird die vorgeschaltete Schutzeinrichtung den elektrischen Verbraucher vom Netz trennen. Ist der Fehlerstrom jedoch zu klein, löst die Schutzeinrichtung nicht aus. Wenn die eingetragene Fehlerleistung jedoch einen Wert von ca. 60 Watt (ca. 261 mA bei 230 V) übersteigt, besteht trotzdem Brandgefahr.

Durch Parametrieren (d.h. Festlegen des typischen Fehlerstromes im “GUT“-Zustand) der Anlage im Neuzustand und das kontinuierliche Monitoring sind alle Veränderungen des Anlagenzustandes ab dem Inbetriebnahme- Zeitpunkt erkennbar. Hiermit können auch schleichende Fehlerströme sichtbar gemacht werden.

Die RCM-Überwachung des UMG 96RM-PN erhöht somit nicht nur die Anlagenverfügbarkeit, sondern senkt auch die Brandgefahr.

100%ige Konformität mit dem PROFINET-Standard inkl. PROFIenergy

Das UMG 96RM-PN ist PROFINET-zertifiziert und für den Einsatz von PROFIenergy geeignet. Ein PROFINET-Zertifikat bescheinigt das normkonforme Verhalten nach IEC 61158 innerhalb eines PROFINET-Netzwerkes und sichert so einen hohen Qualitätsstandard.

PROFIenergy ist ein Profil für das Energiemanagement in Produktionsanlagen auf PROFINET-Basis. So lassen sich Energieverbräuche innerhalb der Anlage über offene und standardisierte Kommandos steuern. Mit dem Einsatz von PROFIenergy werden keine externen, festverdrahteten Systeme mehr benötigt.