Herausforderungen bei der industriellen Automatisierung
Die industrielle Automatisierung stellt für die Stromversorgung eine besondere Herausforderung dar (Quelle: Pixabay.com qimono CC0 Public Domain)
Doch es gibt auch Herausforderungen, die mit der industriellen Automatisierung einhergehen: Zunächst stellt die Entwicklung von Industrieautomationssystemen per se bereits eine besondere Herausforderung dar. So müssen etwa modulare Racks erstellt werden, um die einzelnen Komponenten eines Systems, wie zum Beispiel speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) und E/A-Module, optimal unterzubringen. Diese sollen zudem möglichst platzsparend sein und eine optimale Thermik bieten. Zum Teil muss ein zuverlässiger Betrieb solcher Systeme auch in problematischen Umgebungen gewährleistet werden und sie dürfen durch Schmutz, Feuchtigkeit und Vibrationen keinen Schaden nehmen. Ganz nebenbei geht es natürlich auch um die Kosten: Diese sollen so niedrig wie möglich gehalten werden.
Darüber hinaus erwarten die Kunden von künftigen Generationen der Automatisierungssysteme eine verbesserte Funktionalität, ohne dass der Stromverbrauch, die Größe der Geräte, die Wärmeentwicklung oder der Preis darunter leiden. Diese verbesserte Funktionalität wird in der Regel durch Fortschritte in der Elektroniktechnologie erzielt, hat aber oft ihren Preis: engere Leistungstoleranzen und eine Vielzahl von Spannungspegeln, die stabil gehalten werden müssen, während sie von einer nicht ganz perfekten Netzversorgung abgeleitet werden.
Industriestromversorgung für automatisierte Systeme
Trotz ihrer wichtigen Rolle wird für die Entwicklung von Netzteilen häufig nicht ausreichend Zeit aufgewendet. Die Ingenieure konzentrieren sich überwiegend auf jene Dinge, die das jeweilige Automatisierungssystem deutlich von der Konkurrenz unterscheidet, dabei kommt den Netzteilen eine große Bedeutung zu. Denn für die Stromversorgung der automatisierten Systeme wird der in der Regel übliche Wechselstrom verwendet, der von den Kraftwerken geliefert wird. Aber die integrierten Schaltkreise und elektronischen Komponenten, die in Büroautomationsgeräten, Fabrikautomationsanlagen und anderen elektronischen Geräten verwendet werden, können nicht mit Wechselspannung betrieben werden und werden durch hohe Spannungen beschädigt.
Daher sind für den Betrieb dieser integrierten Schaltkreise und elektronischen Bauteile stabile Gleichspannungen erforderlich. Die dafür eingesetzten Technologien sollen sicherheitsgeprüft und zertifiziert sein. Außerdem kann durch isolierte Stromversorgungen verhindert werden, dass Querstörungen, Erdschleifen oder auch Potentialunterschiede das automatische Steuerungssystem beeinträchtigen.
Hersteller haben auf die besonderen Ansprüche der Stromversorgung für automatisierte industrielle Prozesse reagiert und bieten neben den üblichen Standard-Lösungen Spezialausführungen an. Dabei stellt der Einsatz in der Industrieautomation und im Maschinenbau besondere Anforderungen an die Form sowie das Material der Geräte.
Eine geeignete Stromversorgung für die industrielle Automatisierung sollte zuverlässig funktionieren, einfach zu bedienen sein und verschiedene Spannungen beherrschen. Zudem muss eine hohe Betriebssicherheit durch unterschiedliche Schutzfunktionen vorliegen. Ein Überspannungsschutz hilft gegen kurzfristige Spitzen in der Spannung. Thermoschalter erkennen Übertemperaturen und schalten Ausgangsspannungen aus.
Eine weitere Besonderheit in der Stromversorgung der industriellen Automation liegt darin, dass es häufig zu Lasten kommt, die beim Einschalten einen hohen Anlaufstrom erforderlich machen. Eine Einschaltstrombegrenzung ist daher sinnvoll. Die Methoden, die dabei zum Einsatz kommen, können unterschiedlich sein. Beispielsweise kann ein Einschaltstrombegrenzer verwendet werden.
Gleichstromnetzwerke für die Industrie
Nicht nur Hersteller sind bemüht, die Versorgungsschwierigkeiten mit Gleichstrom für die Industrie auszugleichen. Auch die Forschung beschäftigt sich mit dem Thema. Ziel ist es, die elektrische Versorgung im industriellen Bereich energieeffizienter, stabiler und flexibler zu gestalten. Auf diese Weise soll nicht zuletzt die Energiewende im industriellen Bereich vorangetrieben werden. So arbeiten beispielsweise Forscherteams der Fraunhofer-Institute für Produktionstechnik und Automatisierung (IAP) und für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie (IISB) an Möglichkeiten, die Stromversorgung industrieller Produktionsanlagen auf Gleichstrom umzustellen. Im Rahmen des Verbundprojekts DC-Industrie – unterstützt von der deutschen Bundesregierung – wird an einer zukunftsfähigen industriellen Stromversorgung gearbeitet. Elektrische Anlagen sollen über ein intelligentes DC-Netz gekoppelt werden. Auf diese Weise soll die elektrische Versorgung nicht nur stabiler und flexibler, sondern auch energieeffizienter werden.
Fazit
Eine angepasste Stromversorgung ist ein wichtiger Bestandteil automatisierter industrieller Prozesse. Sie gewährleistet eine stabile Funktion und die erforderliche Sicherheit der Systeme. Darüber hinaus ist der Bereich Stromversorgung für die industrielle Automatisierung in Bezug auf die Energiewende nicht zu unterschätzen und nicht nur für Hersteller von Speziallösungen, sondern auch für die Forschung ein aktuelles Thema.