USV-Module
Die Module der Serie CU81xx ermöglichen eine unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) für alle Beckhoff Komponenten, insbesondere Industrie-PCs, Embedded-PCs, Control Panels und Panel-PCs. Bei Wegfall der externen 24-V-DC-Eingangsspannung übernimmt die USV eine unterbrechungsfreie Stromversorgung der an sie angeschlossenen Geräte dank ihrer geregelten und gepufferten 24-V-DC-Ausgangsspannung.
Industrie-USV-Module für Hutschiene und Schaltschrank
Das Produktportfolio umfasst sowohl kapazitive als auch batteriegestützte USV-Module mit unterschiedlicher Haltedauer. Mit den Produkten können somit verschiedenste Anwendungsfälle abgedeckt werden. Je nach Bedarf erfolgt die Montage der USV-Module direkt auf einer Hutschiene oder an der Schaltschrankrückwand. Die Kommunikation zu einem Industrie-PC erfolgt wahlweise über OCT, USB oder digitale Signale. Die Halte- und Abschaltzeiten können bequem über die Beckhoff-eigene Konfigurationssoftware eingestellt werden.
Technische Grundlagen und Kommunikationsmöglichkeiten
Die USV-Serie CU81xx bietet sowohl kapazitive (CU8110) als auch batteriegestützte (CU8130) USV-Module. Die Art der Energiespeicher der USV-Serie muss bewusst gewählt werden, weil jede der beiden Speichertechnologien – Doppelschicht-Kondensatoren (EDLC) bzw. Nickel-Metallhydrid-Batterien – ihre eigenen Vor- und Nachteile aufweisen. Somit ist die eine oder andere Technologie je nach Einsatzfall besser oder weniger gut geeignet.
Doppelschicht-Kondensatoren (EDLC – Electronic Double Layer Capacitor)
Der Hauptvorteil der EDLCs ist ihre Wartungsfreiheit. Hier gibt es keine Notwendigkeit, das Energiemodul zu tauschen. Lediglich bei der Anfangsauslegung ist zu beachten, dass die benötigte Energiemenge ungefähr mit einem Faktor 2 bis 3 überdimensioniert werden sollte. Der Nachteil der EDLCs liegt darin, dass sich die Ladungsaufnahmefähigkeit mit den Jahren verringert. Als Worst-Case-Regel hat sich bewährt, mit einem Kapazitätsverlust von maximal 30 % über die Dauer von zehn Jahren zu rechnen. Das bedeutet z. B. einen Energieverlust von maximal 51 % nach 20 Jahren bzw. 66 % nach 30 Jahren. Solche Doppelschichtkondensatoren haben sich seit vielen Jahren im praktischen Einsatz als hochstromfähige und wartungsfreie Energiespeicher in zahlreichen Anwendungsbereichen – auch und gerade in USV-Applikationen – bewährt.
Nickel-Metallhydrid-Batterien (NiMH)
Wird nach einem Speicher mit höherer Energiedichte gesucht, bietet Nickel-Metallhydrid als Batterietechnologie viele Vorteile:
- Neuere NiMH-Akkus haben bis -10 °C keinen Einbruch der Kapazität.
- Die Zyklenzahl ist ca. zwei- bis viermal höher als bei Bleiakkus.
- Es sind hohe Entladeströme möglich.
- NiMH-Zellen sind Kobalt- und Cadmium-frei und im Gegensatz zu Li-Ionen kein Gefahrgut.
- NiMH-Zellen sind versiegelt und gasen bei normalem Betrieb nicht aus. Für den Fehlerfall sollte dennoch für ausreichende Belüftung gesorgt werden.
Für die NiMH-basierten Akkumodule empfiehlt Beckhoff einen Austausch nach fünf Jahren. In diesem Zusammenhang wurde großer Wert auf ein leichtes Auswechseln und auf bestmögliche Nachhaltigkeit gelegt: Das gesteckte Akkumodul lässt sich durch Lösen von nur zwei Befestigungsschrauben einfach aus der USV herausziehen und durch ein neues Modul ersetzen. Die USV-Elektronik kann dabei im montierten und verdrahteten Zustand im Schaltschrank verbleiben und weiterverwendet werden.
Die Eingangsspannung Uin kommt typischerweise von einem einphasigen (230 V) oder dreiphasigen (400 V) AC-Netzteil, welches sekundärseitig die 24-V-DC-Betriebsspannung für die USV bereitstellt. Aus dieser Eingangsspannung entnimmt die Ladelektronik die Energie zum Laden des Energieträgers, also der Batterien oder der Kondensatoren. Die Ladelektronik stellt sicher, dass alle Parameter des Energieträgers (z. B. maximale Lade- oder Entladeströme, Temperaturen, Mindestenergie) innerhalb der erlaubten Grenzen bleiben.
Die zwischen dem AC-Netzteil und den zu stützenden Lasten geschaltete USV liefert durch einen Hochsetzsteller immer mindestens 24-V-Spannung am Ausgang, wenn die Eingangsspannung mindestens 24 V – 15 % (20,2 V) beträgt. Sinkt die Eingangsspannung unter diesen Wert, wird in den USV-Betrieb umgeschaltet und der Ausgang aus dem Energiespeicher gespeist (USV-Betrieb). Die USV liefert dann weiterhin exakt 24 V. Bei Eingangsspannungen von 24 V bis 24 V +20 % (28,8 V) liegt diese durch die Bypassschaltung direkt am Ausgang an. Übersteigt die Eingangsspannung die Schwelle von 28,8 V, erfolgt ein Übergang in den USV-Betrieb, um die Endgeräte zu schützen. Gleichzeitig wird eine Warnung wegen der Überspannung ausgegeben. Am Ausgang der USV können somit niemals weniger als 24 V oder mehr als 28,8 V anliegen.
Die gesamte Steuerung der USV übernimmt der zentrale USV-Controller, der das Zusammenspiel aller anderen Mikrocontroller (UPS-OCT-Kommunikation, Ladecontroller) arrangiert.
Kommunikation via UPS-OCT
Eine Besonderheit der Beckhoff CU81xx-Geräte ist OCT (One Cable Technology) als Kommunikationstechnologie zwischen USV und Industrie-PC. Damit ist gemeint, dass die zwei Verbindungsleitungen (+24 V, 0 V) zwischen Industrie-PC und USV nicht nur zur Versorgung des Industrie-PCs, sondern auch zur bidirektionalen, aufmodulierten Datenübertragung verwendet werden. Dabei handelt es sich um eine Halbduplex-Verbindung, d. h. beide Seiten können senden und empfangen, allerdings nicht gleichzeitig. Wenn beide Seiten OCT-fähig sind, wird keine weitere Verbindung, z. B. über USB, benötigt. Das vereinfacht die Verkabelung und ermöglicht auch längere Verbindungswege im Vergleich zu USB.
Die Nutzung der ohnehin vorhandenen Versorgungsleitungen zur digitalen Datenübertragung erspart eine zusätzliche datentechnische Verbindung, setzt aber voraus, dass beide Seiten UPS-OCT-fähig sind. Dies wird zunächst nur mit Steuerungen von Beckhoff möglich sein.
Kommunikation via USB
Sollte UPS-OCT nicht erwünscht sein oder das vorhandene Endgerät nicht über diese Funktionalität verfügen, lässt sich die Verbindung über USB 2.0 realisieren. Für den Betrieb und die Parametrierung der USV ist in diesem Fall eine Beckhoff USV-Konfigurationssoftware für das jeweilige Betriebssystem des PCs notwendig. Die USV-Module der Serie CU81xx können auch für Drittanbieter-PCs eingesetzt werden. Voraussetzung dafür ist eine USB-Verbindung und der Einsatz der USV-Konfigurationssoftware auf diesen PCs.
Kommunikation via digitale Signale
Die USV kann ebenso über digitale 24-V-I/O-Signale (z. B. mit einer PLC) betrieben werden. Hierfür stellt die USV den Status der Stromversorgung sowie den Ladezustand zur Verfügung und kann über Eingänge ein- und ausgeschaltet werden. So lassen sich beispielsweise kleinere Maschinen in einen sicheren Zustand vor dem Abschalten bringen.
Für den Betrieb der USV ist in diesem Fall keine Beckhoff USV-Software notwendig.
USV-Module
CU8110-0060 | USV-Modul, kapazitiv
CU8110-0060 ist eine kapazitive, unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) mit einer Energie von max. 0,3 Wh bei einer maximalen Abgabeleistung von 55 W.
CU8110-0120 | USV-Modul, kapazitiv
CU8110-0120 ist eine kapazitive, unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) mit einer Energie von max. 0,9 Wh bei einer maximalen Abgabeleistung von 110 W.
CU8130-0120 | USV-Modul, batteriegestützt
CU8130-0120 ist eine batteriegestützte, unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) mit einer Energie von max. 15 Wh bei einer maximalen Abgabeleistung von 110 W.
CU8130-0240 | USV-Modul, batteriegestützt
CU8130-0240 ist eine batteriegestützte, unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) mit einer Energie von max. 30 Wh bei einer maximalen Abgabeleistung von 220 W.
Die USV-Module sind u. a. für folgende Produkte geeignet:
PCs
Durch selbstentwickelte und produzierte Motherboards kombinieren die Beckhoff Industrie-PCs Performance mit Flexibilität, Stabilität und Langzeitverfügbarkeit.
Embedded-PC CX
Die modularen und kompakten Hutschienen-PCs der Serie CX bilden mit den vielfältigen I/O-Modulen eine platzsparende Industriesteuerung im Schaltschrank.
Control Panels
Beckhoff Control Panels sind als Frontend die optische und funktionelle Visitenkarte einer Maschine und erlauben vielfältige kundenspezifische Anpassungen.
Panel-PCs
Die Beckhoff Panel-PCs, in der Ausführung als Einbau- oder Tragarmgeräte in IP65, kombinieren moderne Touch-Technologien mit flexibler Rechenleistung.