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DEZEMBER 2011

www.megalink.ch

Pausenzeit ist Energiesparzeit | Trends im LED-Markt | Einmal Energie und zurück Das wachsende Geschäft mit der Sonne | Im perfekten Anströmwinkel


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E D I TO R I A L

Wer wagt, gewinnt Es ist kein Jahr vergangen und schon scheint es, als ob die meisten die Atomkatstrophe in Fukushima bereits verdrängt haben. Nach einer kurzen Phase der Aktionitis herrscht wieder «Business as usal». Allerspätestens seitdem die Frankenstärke und die Probleme der Eurozone der Schweizer Industrie schlaflose Nächte bereiten, spielen Energiesparen und das Senken der CO2-Emissionen nur noch eine Nebenrolle. Die Stromkosten von Erneuerbare Energien werden zudem als viel zu hoch und als für die Wirtschaft verheerend verteufelt. Doch wie teuer die Kilowattstunde Öko- und Atomstrom im 2034 – das Jahr des geplanten Atomausstiegs – sein wird, kann niemand genau vorhersagen. Sicher ist, dass Atomstrom teurer und alternative Energien günstiger werden. Nachhaltigkeit hat ihren Preis. Sie bietet aber auch viele Chancen, wie das Beispiel des Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) in Deutschland aufzeigt. Die Förderung von alternativen Energien hat tau«Glaube denen, die die Wahrheit sende hochqualifizierter Jobs suchen, und zweifle an denen, die sie gefunden haben» geschaffen und Deutschland André Gide, 1869–1951 in vielen Technologien zum Französischer Schriftsteller und Nobelpreisträger Marktführer gemacht. Von Jobkillern und Innovationstötern also keine Spur! Die Geschichte hat schon oft gezeigt, dass grosse Herausforderungen die besten Innovationen hervorgebracht haben. Nur wer wagt, kann auch gewinnen.

Patrick Müller, Chefredaktor patrick.mueller@megalink.ch

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Im perfekten Anströmwinkel. Die Blattwinkelregelung von Windenergieanalagen basiert auf PID-Reglern. Ihre Auslegung ist häufig sehr zeitintensiv. Ein effizienteres Vorgehen verspricht der Einsatz von nicht-linearen Fuzzy-Reglern, die durch Anpassung des Blattwinkels die aufgenommene Rotorleistung reduzieren helfen.

10 Bauelemente Erfolgsentscheidende Faktoren. EBV engagiert sich verstärkt im Segment der LED-Beleuchtungen. Dazu hat der Distributor ein eigenes Experten-Team formiert. Über Dos, Don’ts und matchentscheidende Aspekte spricht Bruce Lynch, Vertical Segment Director EBV, im Interview.

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THEMEN 4 Im perfekten Anströmwinkel Neue Blattwinkelregelung für Windenergieanlagen 10 «Drei Faktoren sind erfolgsentscheidend» Interview mit Bruce Lynch von EBV 14 Pausenzeit ist Energiesparzeit Energiesparmöglichkeiten in der Produktion 16 Im Wasser liegt die Kraft Strom aus Wasser hat noch viel Potenzial 18 Das wachsende Geschäft mit der Sonne Kosten von grossflächigen Solaranlagen senken 20 Einmal Energie und zurück Aktive Energierückspeisung in der Automation HIGHLIGHT 22 Ergonomie auf Knopfdruck Robuste Hubsäulen für optimale Arbeitsplatzhöhen PRODUKTE 23 Kompakter EtherCat-fähiger Servoverstärker 23 Embedded-PCs der zweiten Generation 24 Impressum /Firmen in dieser Ausgabe

ZUR TITELSEITE

Trends im LED-Markt EBV fokussiert sich verstärkt im Segment der LED-Beleuchtungen – speziell im Bereich der wachstumsstarken High Brightness LEDs. Um auf diesem Feld zu bestehen, ist eine Abgrenzung von durchschnittlichen Distributoren zwingend. Das beinhaltet sowohl den Kontakt zu LED- und IC-Herstellern als auch die Unterstützung der Kunden bei der Entwicklung, indem ihnen das entsprechende Know-how zur Verfügung gestellt wird. Heute sind Lösungen und nicht nur einzelne Bauelemente gefragt. EBV Elektronik 8953 Dietikon Tel. 044 745 61 61 dieitkon@ebv.com www.ebv.com

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14 Automation Pausenzeit ist Energiesparzeit. Die Pause effektiv nutzen: diese Weisheit ist nicht neu. Wie dieser Leitsatz in der industriellen Automatisierung eingesetzt werden kann, prüft eine Studie mittels Einsatz des Profils für Energiemanagement Profienergy.

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NEUARTIGE BLATTWINKELREGELUNG BEI MODERNEN WINDENERGIEANLAGEN

Im perfekten Anströmwinkel Die Blattwinkelregelung von Windenergieanlagen basiert heute auf PID-Reglern. Aufgrund des nicht-linearen Verhaltens der Anlagen ist die Auslegung dieser Regler häufig sehr zeitintensiv. Ein effizienteres Vorgehen verspricht der Einsatz von nicht-linearen Fuzzy-Reglern. Durch Drehen der Rotorblätter wird der Anströmwinkel des Windes so verändert, dass die aufgenommene Leistung reduziert werden kann.

Bild 1: Moderne Windanlage regeln die aus dem Wind entnommene Leistung durch die Änderung des Blattwinkels

Moderne Windenergieanlagen regeln die aus dem Wind entnommene Leistung durch die Änderung des Blattwinkels (Bild 1). Der Wind erzeugt an den Rotorblättern eine Auftriebskraft und versetzt den Rotor in Drehbewegung. Ab einer Windgeschwindigkeit von circa 12 m/ s wäre die dadurch vom Rotor aufgenommene Leistung jedoch grösser als die Nennleistung der Windenergieanlagen und muss folglich begrenzt werden. Hierzu wird, durch Verstellen der Rotorblätter, der Anströmungswinkel des Windes verändert und so die aufgenommene Rotorleistung verringert. Diese Drehzahlregelung über den Blattwinkel wird Blattwinkelregelung genannt. Der hierbei wirksame Regelkreis ist, vorrangig bedingt durch das aerodynamische Verhalten der Rotorblätter, stark nicht-linear. Daher wird bei heutigen Windenergieanlagen der verwendete PIDRegler (siehe Kasten) durch Filter und weitere Zusatzfunktionen wie Gain-Scheduling (siehe Kasten) ergänzt. Die Vor-Auslegung der Reglerparameter erfolgt im Rahmen der Lastenberechnung für eine Windenergieanlage. Ein rechnerisches Modell wird in Simulationsläufen genormten Windprofilen ausgesetzt. Bei der Auslegung des Reglers sind jedoch konkurrierende Optimierungskriterien zu berücksichtigen. Der Optimierungsprozess kann sich daher aufwändig und langwierig gestalten, da sich das Optimum erst durch mehrere Iterationsschleifen herausarbeiten lässt. Bei diesem Optimum handelt es sich auch lediglich um einen bestmöglichen

PID-Regler Der PID-Regler (Proportional, Intergral, Differenzial) gehört zu den Standardreglern und vereinigt die Anteile der anderen Regler: das P-, I- und D-Glied. Der proportionalwirkende Anteil multipliziert die Regelabweichung mit seinem Verstärkungsfaktor und gibt das Ergebnis unverzögert weiter. Der integralwirkende Anteil summiert die Regelabweichung über der Zeit auf und multipliziert die Summe mit einem festgelegten Faktor. Der D-Anteil bewertet die Änderung einer Regelabweichung (er differenziert) und berechnet so deren Änderungsgeschwindigkeit. (Quelle: Wikipedia)


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Fuzzy-Blattwinkel-Regelbasis Fuzzy-Regelbasis

Solldrehzahl nSoll [1/min]

Zykluszeit t [s]

Fuzzy-Alghorithmus Drehzahlabweichung e [1/min]

Fuzzifizierung

Beschleunigung dn/dt [1/s2]

Entscheidungslogik

Drehzahl n [1/min]

Fuzzy-Blattwinkelregler

Defuzzifizierung

Blattwinkelverstellrate dß/dt [°/s]

Bild 2: Genereller Aufbau des Fuzzy-Blattwinkelreglers.

Kompromiss. Zusätzlich zu dieser Vorauslegung wird bei der Inbetriebnahme der Anlage im Feld in der Regel eine Nachoptimierung, der in der Simulation ermittelten Parameter, erforderlich. Diese kann sich als langwierig erweisen, da die hierzu erforderlichen Windgeschwindigkeiten nicht auf Abruf verfügbar sind und zudem – standortabhängig – nur zeitlich begrenzt auftreten. Fuzzy-logisch. Im Gegensatz zu den heute eingesetzten PID-Reglern sind Fuzzy-Regler (siehe Kasten) bereits nicht-lineare (Bild 2). Aus anderen Anwendungen mit ähnlichen Randbedingungen ist bekannt, dass bei nicht-linearen Systemen der Einsatz von Fuzzy-Reglern zu besseren Regeleigenschaften führt. Nachteil von Fuzzy-Reglern sind die schwierige Stabilitätsüberprüfung und das fehlende systematische Entwurfsverfahren. Zum Prüfen der Stabilität wird ein Modell benötigt, welches zum Einstellen eines PID-Reglers verwendet werden kann. Der Fuzzy-Regler benötigt nur ein unscharfes und kein detailliertes mathematisches Modell. Bei Windenergieanlagen ist das Modell immer nur eine Nachbildung, da die realen

Bild 3: Die Definition der Drehzahlbänder.

Verhältnisse des Windes, die Verwirbelungen und die Aerodynamik immer nur näherungsweise betrachtet werden können. Änderungen der Luftdichte, der Rotorblätter sowie Änderung der Trägheit im Antriebsstrang können bereits starke Änderungen des aerodynamischen Verhaltens des Rotors bewirken. PID-Regler basieren auf dem Modell der Anlage, an dem sich die Parameter orientieren. Sollte sich das Modell verändern, verringert sich automatisch die Regelgüte. Fuzzy-Regler hingegen basieren auf Regeln. Auch wenn sich das Modell stark verändern würde, wäre der grundsätzliche Prozess noch der gleiche und die Regeln immer noch voll gültig. Basierend darauf wird der Stellwert berechnet. Dadurch sind FuzzyRegler wesentlich robuster gegenüber Änderungen der Anlage, des Sollwerts oder Störungen. Ausserdem ist die Parametrierung wesentlich vereinfacht, denn es wird kognitives und nicht mathematisches Wissen benötigt. Regler schneller auslegen. Basierend auf diesen Erfahrungen wurde von Beckhoff für die Automatisierungssoftware TwinCAT ein

Fuzzy-Regler entworfen, um den Blattwinkel und somit die Rotordrehzahl von Windenergieanlagen effektiver zu regeln. Da das Verständnis für den Regler wesentlich vereinfacht wird, kann die benötigte Zeit zur Optimierung deutlich verkürzt werden. Ausserdem soll ein Regler ohne Änderung für verschiedene Anlagen verwendbar sein, unabhängig von Rotordurchmesser oder Turmhöhe. Da der Fuzzy-Regler ein Mehrgrössenregler ist, kann damit wesentlich flexibler auf die verschiedenen Zustände reagiert werden. Diese Vorteile werden jedoch nur dann relevant, wenn die Regelgüte sowie der Energieertrag vergleichbar sind und die Anlagenlasten dadurch nicht erhöht werden. Könnten die Lasten wiederum verringert werden, würde sich der Fuzzy-Regler als wesentlich effizienter erweisen. Wie der Blattwinkelregler aufgebaut wird. Der Fuzzy-Blattwinkelregler überwacht die Rotordrehzahl und gibt eine Verstellrate vor. Intern wird die Drehzahlabweichung zum Sollwert und die Beschleunigung des Rotors berechnet. Die beiden Eingänge werden Mengen, auch Fuzzifizierung genannt, zugeteilt. Diese Zuordnung geschieht über Bänder, die um den Wert gelegt werden. Insgesamt werden drei Bänder für den jeweiligen Eingang verwendet, dabei wird zwischen negativer und positiver Abweichung unterschieden und ermittelt, ob der Wert ausserhalb der definierten Bänder liegt (Bild 3). Für den Ausgang, die Verstellrate, werden wiederum drei Bänder angelegt, von langsamer bis zur maximalen Ver-

Gain-Scheduling Der Begriff Gain-Scheduling bezieht sich auf die Tatsachen, dass Reglereinstellungen in Abhängigkeit von den Prozessgrössen verstellt werden und sich die Verstellung im Wesentlichen auf den Verstärkungsfaktor bezieht. Es bildet den von nicht-linearen Systemen intuitiven Entwurf von Reglern ohne aufwändige Zustandstransformation ab. (Quelle: Wikipedia)


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Bild 4: Der Blattwinkel vom PD- und Fuzzy-Regler im Vergleich.

Blatteinstellwinkel 25

20

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0 50

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Fuzzy Controller

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70

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80

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PID Controller

stellrate, jeweils positiv und negativ. Die Breite dieser Bänder wird über Parameter festgelegt. Daraus ergeben sich drei Parameter für die Drehzahlabweichung, drei für die Beschleunigung und drei für die Verstellrate. Auf Basis dieser Drehzahlbänder werden die Regeln ausgewertet. Insgesamt wurden 49 Regeln zu jedem möglichen Zustand angelegt. Diese Regeln werden auf Basis der Zuordnung zu den jeweiligen Bändern der Eingänge und dem verwendeten Ausgang definiert. Es wird eine Entscheidungslogik abgearbeitet. Eine Regel könnte beispielsweise heissen: Wenn die Drehzahlabweichung im ersten positiven Band und die Beschleunigung im zweiten negativen Band ist, setzt die Blattwinkelverstellrate auf die erste negative Rate. Eine negative Blattwinkelverstellrate würde bedeuten, das Rotorblatt in den Wind zu drehen und den Leistungsbeiwert zu erhöhen. An dieser Regel kann die Flexibilität des Fuzzy-Reglers erkannt werden. Ein P-Regler hätte bei positiver Drehzahlabweichung stur eine positive Verstellrate ausgegeben. Da der Rotor jedoch bereits eine negative Beschleunigung aufweist, die Drehzahl sich also verringert, würde der Rotor weiter gebremst, sich in die Unterdrehzahl begeben und der Energieertrag würde sich verringern. Der FuzzyRegler geht jedoch auf die negative Beschleunigung ein. Anstatt die Rotordrehzahl weiter zu verringern, versucht er gegen die

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100 t [s]

Beschleunigung zu wirken, um eine Unterdrehzahl zu vermeiden. Damit soll gezielter auf Nenndrehzahl geregelt und der Energieertrag erhöht werden. Durch die Auswertung aller Regeln, deren Bedingungen erfüllt sind, werden gewichtete Ausgänge ermittelt und die Blattwinkelverstellraten berechnet. Dieser Vorgang nennt sich Defuzzifizierung. Um zu schnelle Stellwertänderungen zu vermeiden, wird die Blattwinkelverstellrate noch über einen Filter erster Ordnung geglättet. Die Eingangsmengen, Regeln und Ausgangsmengen stellen gemeinsam die Wissensbasis des Reglers dar. Die Regeln sind fest implementiert und können nicht geändert werden, da diese für die Stabilität des Reglers sorgen und das Expertenwissen über den Prozess beinhalten. Die Eingangsund Ausgangsmengen lassen sich über die Bänder ändern und, falls es nötig ist, an den verwendeten Rotor anpassen. Je kleiner die Drehzahlbänder, desto stärker reagiert der Regler. Äquivalent verhält sich der Regler für die anderen Bänder. Damit ist die Wissensbasis sehr einfach gestaltet und nachvollziehbar, auch für Nicht-Regelungstechniker. Verifizierung des Reglers in der Praxis. In Zusammenarbeit mit der Firma Windnovation aus Berlin wurde der von Beckhoff entworfene Fuzzy-Regler verifiziert. Anhand eines vorhandenen Anlagenmodells wurde in der Konstruktionssoftware Bladed von der Firma GL Garrad Hassan der Fuzzy-Blattwinkelregler mit einem konventionellen PDRegler verglichen (Bild 4). Der Fuzzy-Regler wurde in diese Lastenrechnung implementiert und mit einem Standardregelsatz verwendet. Die Rotordrehzahl wurde stabil geregelt und der Parametersatz für die folgenden Lastenrechnungen nicht mehr verändert.

Die 69 verwendeten Simulation-Lastfälle wurden nach den Richtlinien zur Zertifizierung von Windenergieanlagen vom Germanischen Lloyd erzeugt und enthielten Windprofile mit Windgeschwindigkeiten von 3 bis 25 m/s nach der Windklasse IIA. Diese Zeitreihen wurden jeweils für den konventionellen Regler und den Fuzzy-Regler simuliert, die Regelgüte, Extremlasten sowie Betriebsfestigkeitslasten ausgewertet und untereinander verglichen. Der Vergleich zeigt: der Fuzzy-Regler erbringt vergleichbare und teilweise sogar bessere Ergebnisse, obwohl keine Optimierung der Parameter stattgefunden hat. Auch versuchsweise Änderungen der Parameter stellen die Robustheit des Fuzzy-Reglers unter Beweis. Das Einstellen der Parameter wird aufgrund der verständlichen Wissensbasis vereinfacht und der Aufwand wesentlich verringert. Weitere Optimierungen anhand der jeweiligen Anlage würden sicherlich zu weiteren Verbesserungen führen. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass der Fuzzy-Regler selbst bei einer Grobauslegung der Parameter die Erwartungen erfüllt und sich für den Einsatz zur Blattwinkelregelung als optimal erweist. Zukünftig müssen die Ergebnisse in weiteren Lastenrechnungen verifiziert werden und der Regler sich auf einer realen Anlage bewähren. Ausserdem gibt es noch Möglichkeiten, den Regler zu erweitern und zu optimieren. Die Erweiterung durch Filter könnte die Lasten weiter verringern. Durch die Auswertung zusätzlicher Eingänge könnte auf etwaige Umstände eingegangen und vorausschauend reagiert werden. Zusätzliche Ausgänge können den Regler mit mehr Funktionen ausstatten und ihm ermöglichen, weitgehend in den Prozess einzugreifen. Die Kombination mit einem neuronalen Netz, auch Neuro-Fuzzy-System genannt, würde ein automatisches Optimieren der Parameter ermöglichen. ■

Fuzzy Regler Ein Fuzzy-Regler ist ein nicht-linearer Kennfeldoder Zustandsregler ohne innere Dynamik. Er bietet hohe Transparenz bei gleichzeitiger Flexibilität. Daher eignet er sich sehr gut dafür, Anwenderwissen in einen Regler umzusetzen ohne dabei ein kompliziertes Systemmodell erstellen zu müssen. (Quelle: Wikipedia)


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Die Tage der Glühbirne sind gezählt: LEDs sind auf der Überholspur.

TRENDS IM LED-MARKT – INTERVIEW MIT BRUCE LYNCH, VERTICAL SEGMENT DIRECTOR EBV

«Drei Faktoren sind erfolgsentscheidend» EBV engagiert sich verstärkt im Segment der LED-Beleuchtungen. Der Distributor hat angesichts des Marktvolumens und der erwarteten Wachstumsraten ein eigenes Experten-Team aufgebaut. Megalink sprach mit Bruce Lynch, Vertical Segment Director EBV, über die Dos, Don’ts und matchentscheidenden Faktoren auf dem LED-Markt.

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egalink: Was sind Ihrer Meinung nach für einen Distributor die erfolgsentscheidenden Faktoren auf dem Markt der LED-Beleuchtung? Bruce Lynch: Nach meiner Meinung entscheiden drei Faktoren über den Erfolg in diesem Feld: Zuallererst sind es die Personen, dann die Linecard der Hersteller und schliesslich das, was wir «Ecosystem» nennen. Lassen Sie mich das ausführlicher erläutern. Zu Punkt 1: Der Beleuchtungsmarkt ist völlig anders als die traditionellen Halbleitermärkte. Man kann sich hier nicht auf die Aufrechterhaltung der Supply Chain be-

INFOS EBV Elektronik 8953 Dietikon Tel. 044 745 61 61 dietikon@ebv.com www.ebv.com

schränken, sondern hier sind Experten ge- Beleuchtungen dabei unterstützen, ihre fragt. Daher hat EBV bereits vor vier Jahren Konzepte und Designs schneller zur Marktdamit begonnen, ein Team aufzubauen, das reife zu bringen. sich ausschliesslich mit dem Thema Beleuchtung befasst. Heute sind in EMEA ins- Was hat EBV dazu veranlasst, diesen doch offenbar schwierigen Markt der LEDgesamt 16 Personen in dem Team, die KunBeleuchtungen so offensiv anzugehen? den vor Ort unterstützen. Ich möchte das zunächst mit einigen Zahlen Zweitens: Was die Lieferanten betrifft, so kann EBV auf langjährige Beziehungen zu belegen, die von einem unabhängigen veröffentden grossen LED-Lieferanten wie Osram Marktforschungsunternehmen licht wurden. In der und Avago zurückUntersuchung ging blicken. Und es be«Für 2015 wird der LED-Markt es um den Markt steht seit Kurzem auf 18,9 Mrd. Dollar geschätzt» der Hochleistungseine enge ZusamLEDs – High Brightmenarbeit mit den LED-Herstellern Everlight und Luminus. Da- ness oder einfach HB genannt. Danach rüber hinaus bestehen Beziehungen zu füh- wuchs das weltweite HB-LED-Marktvolurenden Lieferanten von Optik-Produkten men von 5,6 Mrd. Dollar in 2009 auf 10,8 Mrd. Dollar in 2010. Das entspricht eiund Treiber ICs. Drittens hat EBV ein «Ecosystem» aufge- ner Wachstumsrate von 93 Prozent und für baut, über das die Kunden auf Dienstleis- 2015 geht man davon aus, dass der gesamte tungen der sogenannte «Premium Lighting Markt die 18,9 Mrd. Dollar erreichen wird – das entspricht einer durchschnittlichen jährPartner» zurückgreifen können. Diese können mit ihrem Know-how die Hersteller von lichen Wachstumsrate von 11,8 Prozent.


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kussieren uns nicht auf einzelne Design-Wins von Komponenten, sondern wir versuchen, eine Lösung anzubieten. Dann schauen wir auf die Stückliste und wir versuchen, den EBV-Anteil auf dieser Stückliste zu vergrössern. Der Kunde hat bei der Zusammenarbeit mit uns den Vorteil, dass er mit seinem Produkt schneller am Markt ist. Natürlich, unser Tagesgeschäft besteht, wenn sie so wollen, darin, unseren Kunden individuelle Lösungen für die Supply Chain zu bieten. Und unsere Kunden müssen sich darauf verlassen können, dass wir sie auch dann beliefern können, wenn sie ihre Produktion steigern.

Bruce Lynch, Vertical Segment Director EBV: «Der Beleuchtungsmarkt ist völlig anders als die traditionellen Halbleitermärkte.»

Diese Wachstumsraten sind natürlich für uns der Grund, dass wir uns auf das High Brightness LED-Segment fokussieren. Wie ist denn derzeit Ihre Position in diesem Markt. EBV hat auf dem Markt der Optoelektronik bereits einen hohen Marktanteil von über 32 Prozent? Ja, laut DMASS etwa 32 Prozent im Bereich der optoelektronischen Bauelemente. Was die LEDs angeht, so stehen wir bei den Produkten der Klasse «kleiner 0,5 Watt» ziemlich gut da. In der Klasse «0,5 Watt und höher» sind wir noch nicht da, wo wir uns das wünschen. Daher legen wir unseren Fokus auch auf diesen im Allgemeinen mit «High Brightness-High Power» bezeichneten Bereich, indem ja auch ein exponentielles Wachstum erwartet wird.

Der Designer einer LED-Beleuchtung muss nicht nur eine spezielle Stromversorgung bereitstellen, sondern vor allem die Wärme abführen, die seine neue Lichtquelle erzeugt. Auf welche Weise unterstützt EBV den Lampenhersteller in diesen Fragen? Also, zunächst einmal muss ich ganz ehrlich sagen: Wir können nicht alles leisten. Aber das ist genau der Grund, warum wir unser «Ecosystem» mit ausgezeichneten Partnern aufgebaut haben. Was etwa die Frage der Wärmeableitung betrifft, so arbeiten wir hier zum Beispiel mit dem schwedischen Unternehmen Aluwave zusammen, das eine sehr innovative und einzigartige Leiterplatte entwickelt hat. Diese wird unter dem Namen «Alunat» vermarktet. Es handelt sich um eine Mehrlagen-Leiterplatte auf Keramikbasis, mit der sich elektronische Baugruppen effizient gekühlt werden können. Generell nutzen wir auch das Know-how unserer Partner und verweisen unsere Kunden bei Bedarf auch an diese Unternehmen. In Deutschland beispielsweise arbeiten wir unter anderem mit der Firma Soluxion zusammen, die etwa einen Lampenhersteller bei seiner Entwicklung eines Produktes vom ersten Entwurf bis hin zur Fertigungsreife unterstützen kann.

Wie unterscheidet sich denn EBV, zumindest In der Beleuchtungstechnik galten die Glühlampenwas die Aktivitäten im Bereich der LED-Beleuchtung fassung und später auch die der Leuchtstoffröhre angeht, von anderen Distributoren? Der grosse Unterschied ist, dass wir auf die be- als Musterbeispiel für die Standardisierung. Können sonderen Belange dieses Marktes eingehen. Ich Sie sich vorstellen, dass EBV massgeblich an einer Standardisierungsinitiative für die LED-Beleuchtungen glaube, entscheidend wird es sein, die Technologie der LED-Beleuchtung den Kunden zu erklären mitwirken könnte? und nahezubringen. Daher arbeiten wir sehr eng Eine interessante Frage. Wir glauben allerdings, mit unseren Kunden zusammen. Die traditionellen dass die Gründung eines solchen Konsortiums nicht sonderlich wahrscheinlich ist. Was wir bei Hersteller von Beleuchtungseinrichtungen haben in der Regel ein Konzept, und wir beraten sie da- den Herstellern erkennen können ist, dass sie bei, wie sie dieses schnellstmöglich in ein markt- sich von der Konkurrenz differenzieren wollen. fähiges Produkt umsetzen können. Wichtig dabei Das sehen wir ja auch bei den Herstellern von Komponenten. Sie ist, dass wir sozusagen schneiden die Dinge lieden «single point of con«Die technische Entwicklung schreiber auf spezifische Antact» bieten, also als zenttet so schnell voran, dass sich kaum wendungen zu, als dass raler Ansprechpartner funStandards etablieren können» sie sich um eine Standargieren. Das heisst, dass disierung bemühen. Dawir einerseits den Kontakt zu den LED- und IC-Herstellern haben und ande- rüber sind wir in einer Branche tätig, in der die rerseits den Kunden bei der Entwicklung unter- technische Entwicklung sehr schnell voranschreistützen, indem wir ihm das entsprechende tet, so schnell, dass sich hier kaum Standards etaKnow-how zur Verfügung stellen. Das ist der Un- blieren können. In der LED-Industrie etwa gibt es terschied zur herkömmlichen Distribution: Wir fo- kaum Standards.

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Ein starkes Partnernetz bietet UnterstĂźtzung vom 1. Entwurf bis zur Fertigungsreife.

Welche technischen Hindernisse bestehen nach Ihrer Meinung, die einem Durchbruch der LED-Beleuchtungen im Wege stehen? Wenn wir auf die bisherige Entwicklung der LEDs zurĂźckblicken, dann stellen wir fest, dass es fĂźr die LED-Hersteller immer darum

ging, den Wirkungsgrad zu verbessern, also wir auch die Ziele und Vorstellungen unsedie Lumen pro Watt zu steigern. Dazu rer Kunden kennen und den Herstellern die musste eine ganze Reihe technologischer entsprechenden Vorgaben ßbermitteln, soSchwierigkeiten ßberwunden werden. Heu- dass diese ihre Fertigungskapazitäten so te aber liefern uns die Hersteller LEDs mit einrichten kÜnnen, dass mit dem Anlaufen der Produktion Helligkeiten und beim Kunden keine Wirkungsgraden, Wir sehen unsere Verantwortung Engpässe auftreten. die das ßbertreffen, bei der Etablierung einer Lieferkette Wir sehen unsere was man noch vor darin, uns um die Belange unserer Rolle also zuallerwenigen Jahren die Kunden und Lieferanten zu kßmmern erst in der Zusammagische Grenze menarbeit mit unsenannte. Es gibt siren Kunden, um zu verstehen, was sie cher noch eine magische Grenze bei den Lumen pro Dollar, aber es ist damit zu entwickeln. Daraus leiten wir unsere Forerechnen, dass der Wirkungsgrad weiter ge- casts ab, mit denen wir unsere Lieferanten steigert werden kann, und das bei sinken- auf dem Laufenden halten. Statt nur Bestellen und Liefern lautet unden Kosten. ser Ansatz – so wie in allen Bereichen –, die Marktentwicklungen zu beobachten und zu Es gibt immer wieder Nachrichten, dass die antizipieren sowie ausreichende LagerbeRohstoffe fßr die Herstellung bestimmter stände bereitzustellen. Damit kÜnnen wir Halbleiter oder Geräte knapp werden kÜnnten. unsere Kunden nach unserem besten VerSehen Sie hier eine Gefahr und kÜnnen die mÜgen unterstßtzen, indem wir die SpitDistributoren hier entgegenwirken? zen und Täler der Produktion ausgleichen. Diese Frage zu beantworten, ist Teil unserer Strategie. Wir sehen unsere Verantwor- Das Wesentliche aber bleibt die Zusamtung bei der Etablierung einer Lieferkette menarbeit mit unseren Kunden, sodass wir darin, uns um die Belange unserer Kunden bereits beim Beginn einer neuen Entwick■und Lieferanten zu kßmmern. Dazu mßssen lung involviert sind.

 

  

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In den VW-Werken wurde das Energie-Einsparungspotenzial von Profienergy untersucht. Insgesamt führte sein Einsatz zu einer Einsparung von 33 Prozent des Anlagen-Gesamtverbrauchs.

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it dem Einsatz von geregelten Antrieben und sparsamen Motoren alleine ist noch nicht energieeffizient produziert. In INFOS PI (PROFIBUS) Schweiz 4562 Biberist Tel. 032 672 03 25 switzerland@profibus.com www.profibus.ch www.goo.gl/dlBrj

diesem Zusammenhang stellt sich unweigerlich die Frage, wie komplette Fertigungslinien, Anlagen oder einzelne Teile davon in wenig produktiven Zeiten, wie zum Beispiel Pausen oder Wochenenden, Energie einsparen können. Energiemanagement in wenig ertragsfähigen Produktionsphasen. Das Profil für Energiemanagement Profienergy hat seinen Schwer-

punkt auf dem Optimieren nicht benötigter Verbraucherzeiten. Damit greift es ein ungenutztes Sparpotenzial auf. Abhängig von der jeweiligen Anlagenumgebung und der Gerätepause leiten sich unterschiedliche Anforderungen ab. So hat jede Pause ihr eigenes Charakteristikum: Nach Frühstücks- und Mittagspausen soll die Maschine möglichst schnell wieder anlaufen, demgegenüber kann die Anlage bei Nacht


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Das Herunterfahren von Anlagen lohnt sich bei Pausen von mehr als fünf Minuten Länge.

nau quantifiziert, ebenso die Produktionsstellen mit den grössten Sparpotenzialen wurden noch nicht aufgedeckt.

oder dem Wochenende in einen intensiveren Energiesparmodus versetzt werden. Mittels einheitlicher Steuerkommandos werden Maschinen über Profinet in den Energiesparzustand versetzt. Der Einsatz von Profienergy verspricht Anlagenbetreibern Einsparungen in unproduktiven Phasen. Jedoch wurden diese bislang nie ge-

Studie quantifiziert Energieeinsparungen und deckt Sparpotenzial auf. Zur Klärung dieser Punkte beauftragt hat die Profibus Nutzerorganisation e. V. ( PNO ) das Institut für Automation & Industrial IT ( AIT ) der Fachhochschule Köln mit der Durchführung einer entsprechenden Studie (Link: siehe Kasten oder QR-Code). Die dazugehörigen Daten wurden in den Daimler- und VolkswagenWerken gemessen. Das AIT ist ein von der PNO zertifiziertes Profinet Competence Center und richtet sein Forschungs- und Dienstleistungsangebot an Hersteller und Anwender der Technologien. Grundlage für die Aussagen zu Energiesparpotenzialen boten zweckmässige Messungen an verschiedenen Stellen der Energieverteilung und in definierten Zeitabständen in Abhängigkeit des Anlagenzustands. So ka-

Stillstand-Energieverbrauch und durchschnittlicher Energieverbrauch im Verlgleich.

men neben der Messung von Leistung und Netzwerk-Kenngrössen, wie zum Beispiel Spannung und Oberwellen, Netzanalysegeräte zum Einsatz, die die Werte simultan aufzeichneten. Parallel dazu erfolgte die zeitsynchrone Erfassung der Anlagen- und Betriebszustände mittels SPS-Logdaten. Die Potenziale für die Energie- und damit Kosteneinsparung liessen sich unter anderem anhand der Länge der Pausenzeiten oder auch des Energieverbrauches der jeweiligen nicht abgeschalteten Verbraucher direkt ermitteln. Messergebnisse machen Energieeinsparungen deutlich. Gemäss den Studienergebnissen werden in nutzbaren Stillstandzeiten durch Profienergy nahezu 70 Prozent der Energie eingespart. Insgesamt führte sein Einsatz zu einer Einsparung von 33 Prozent des Anlagen-Gesamtverbrauchs. Bei einer durchschnittlichen Produktionslinie mit 210 000 KWh pro Jahr wären Einsparungen im Bereich von 7000 Euros möglich. Zu den weiteren Zielmärkten zählen Produktionslinien in der branchenübergreifenden Fertigung, wie zum Beispiel der Logistik, in denen Hochleistungsmaschinen wie Roboter und laserbasierte Komponenten eingesetzt werden. Zusätzlich zu den offensichtlichen Kosteneinsparungen bietet Profienergy dem Anwender Wettbewerbsvorteile wie eine höhere Lebensdauer der Maschinen aufgrund der verringerten Betriebsdauer. Ausserdem wird auch die Umwelt dank der verbesserten CO2-Bilanz geschont. ■


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STROM AUS FLÜSSEN, STAUSEEN UND WELTMEEREN HAT VIEL POTENZIAL

Im Wasser liegt die Kraft Im Wasser steckt unendlich viel Energie. Sie kann helfen, die wachsende Stromnachfrage umweltschonend zu decken. Flüsse, Stauseen und die Ozeane bergen riesiges Potenzial, um den steigenden Stromhunger zu stillen.

5 km vor der Nordküste Portugals produzieren mittlerweile drei Pelamis-Anlagen je 750 kW Energie aus Wellenkraft.

F

ür Surfer bieten Wellen den puren Spass. Um sie zu geniessen, reisen sie bis nach Hawaii. Auch die Stromwirtschaft hat immer mehr Interesse an Wellen und der Energie, die in den Meeresströmungen steckt. Wellen sind nur zum Surfen viel zu schade. Unter anderem mit Seeschlangen (auf Griechisch Pelamis) wollen Elektritäswerke die Bewegungsenergie von Wellen in Strom umwandeln. Der erste Prototyp eines Pelamis Kraftwerks wurde 2004 vor der schottischen Küste in Betrieb genommen. Die Anlage besteht aus einer 150 m langen und 750 t schweren Röhre. Hydraulische Zylinder zwischen den Schwimmkörpern nehmen die Wellenbewegungen auf und treiben einen Generator an (Bild 1). Gezeitenströme treiben Turbinen an. Nicht nur in Hawaii, auch vor Europas Küsten türmen sie sich kraftvolle Wellen auf. Etwa die «Severn Bore», die Flutwelle, die regelmässig

INFOS ABB Schweiz AG 8048 Zürich Tel. 058 586 05 15 get.info@ch.abb.com www.abb.ch/robotics

mit bis zu 3 m Höhe in die Mündung des grössten englischen Flusses rauscht. Ihre Kraft will die Energiewirtschaft künftig nutzen. In der Severnmündung soll bis 2022 ein Gezeitenkraftwerk mit einem 16 km langen Damm entstehen, das etwa 5 Prozent des Strombedarfs Grossbritanniens erzeugen könnte. Jedoch sind Gezeitenkraftwerke von solch riesigen Ausmassen umstritten, da sie das ökologisch wichtige Wattenmeer beeinflussen. Zudem ist die Finanzierung noch keineswegs gesichert. Immerhin stehen Investitionskosten in der Grössenordnung von 20 Mrd. Euro zur Diskussion. An der Nordspitze Grossbritanniens wird an einer möglichst effizienten Nutzung der Gezeitenkraft geforscht, die ohne Staumauern auskommt. Im Pentland Firth hat das European Marine Energy Centre ein Testfeld eingerichtet. In dieser Meerenge zwischen Schottland und den Orkneyinseln führt allein der jeweils bei Ebbe und Flut auftretende Hauptstrom rund achtmal so viel Wasser wie der Amazonas. Die Atlantis Ressources Corporation installierte dort in diesem Sommer unter Wasser den Prototyp einer Gezeitenturbine der MW-Klasse. Wasser- statt Windkraft nutzen. Prinzipiell funktioniert sie wie eine Windkraftturbine. Allerdings werden Ausrüstungselemente an

Land installiert, um aufwändige Wartungsarbeiten unter Wasser zu reduzieren. Hier half das Know-how der ABB Schweiz in Turgi weiter: Für den Prototypen der Atlantis Ressources Corporation lieferte sie einen modifizierten Frequenzumrichter vom Typ PCS1000. Dieser Mittelspannungsumrichter wurde ursprünglich für Windkraftanlagen konzipiert und nun umgerüstet, um Induktion und Widerstand zu bewältigen, die aufgrund des 2,5 km langen Verbindungskabels zum Generator in der Turbine auftreten. Die Nutzung der Gezeitenenergie steht bei Projekten in den Weltmeeren im Vordergrund. Strömungs-, Meereswärme- und Osmosekraftwerke sind weitere Möglichkeiten, die erst allmählich erforscht werden. Stauseen werden zu Akkus für Sonnen- und Windkraft. Noch steckt die Nutzung der Meerwasserenergie in den Kinderschuhen. Laufwasser- und Speicherseekraftwerke bewähren sich hingegen seit Langem. Letztere werden immer wichtiger, sofern sie zu Pumpspeichern ausgebaut werden. Mit überschüssigem Strom aus zum Beispiel

Mit Speicherseekraftwerken lassen sich Verbrauchsspitzen abdecken.


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Wind- oder Sonnenenergie wird Wasser in den Stausee hochgepumpt um genau dann zur Stromproduktion eingesetzt werden, wenn sie bei Verbrauchsspitzen gebraucht wird. Ein Beispiel dafür ist die Hauptstufe des Speicherkraftwerks Kaprun in Österreich mit vier 220-MW-Turbinen. Hier modernisierte ABB Leittechnik und Turbinensynchronisation. Der Effekt war gross: «Wir konnten die Zeit vom Anfahren eines Maschinensatzes bis zur Synchronisation an das Netz auf insgesamt drei Minuten reduzieren», sagt Helmut Kleon, verantwortlich für die elektrotechnische Installation im Kraftwerk Kaprun. «Das sind immerhin eineinhalb Minuten weniger als früher.» In der Schweiz spielt die Wasserkraft mit einem Anteil von über 55 Prozent bei der Stromproduktion die Hauptrolle. Rund 500 Kraftwerke sind in Betrieb – und es wird weiter investiert. Der Ausbau des Wasserkraftwerks Linth-Limmern ist das derzeit grösste Bauvorhaben im Schweizer Energiesektor. Die Anlage im Kanton Glarus wird für 2,1 Mrd. Franken bis 2015 zum Pumpspeicherkraftwerk umgebaut, die Leistungskapazität auf 1460 MW mehr als verdreifacht. «Die Rolle unserer Wasserkraftwerke im internationalen Stromverbund gewinnt mit dem Ausbau der Windenergie in Europa an Bedeutung», sagt Dr. Walter Hauenstein, Geschäftsleiter des Schweizerischen Wasserwirtschaftsverbands. Angesichts dieser Entwicklung machen ihm Klimawandel und Gletscherschmelze zumindest wirtschaftlich nur beschränkt Sorgen. Zwar werde es langfristig vermutlich eher weniger

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oberes Becken Generator/Motor Turbine

Pumpe Transformator

unteres Becken

So funktioniert ein Pumpspeicherkraftwerk: Bei Strombedarf liefert der Generator, von der Turbine angetrieben, elektrischen Strom. Bei Überschuss treibt der Generator die Pumpe an, die das Wasser wieder in das Oberbecken pumpt.

Niederschlag geben und die Stromproduktion der Schweizer Wasserkraftwerke dürfte um schätzungsweise 5 bis 10 % sinken. «Aber», so Hauenstein, «wir werden mehr Niederschläge im Winter haben, also zu einer Zeit, in der es weniger Alternativenergie gibt und Strom aus Wasserkraft daher mehr wert ist.» Weiterer Ausbau. Die Schweiz rüstet sich für die kommenden Aufgaben: Neben dem Ausbau von Linth-Limmern sind auch in Poschiavo, im Grimselgebiet und im Unterwallis leistungsstarke Pumpspeicherkraftwerke in Planung oder bereits in der Umsetzungsphase. Für die ABB war die Nutzung von Wasserenergie von Beginn an zentral. Charles Brown und Walter Boveri gründeten ihre Firma 1891 in Baden, weil sie hier ihren ersten Grossauftrag erhielten und damit auch die zuverlässige Stromversorgung für ihren Industriebetrieb sichern konnten: den Bau der Generatoren für das Limmatkraftwerk Kappelerhof (Bild 2). Auch ASEA wählte wie BBC für den Stammsitz eine Kleinstadt; in Västerås (Schweden) winkte der erste Auftrag für ein Wasserkraftwerk. Heute liegt der Schwerpunkt für ABB bei der Integration und Optimierung der Anlagenautomatisierung und der elektrischen Systeme, also bei der gesamten elektrotechnischen Ausrüstung für Wasserkraftwerke aller Grössenordnungen. Nebst der Ausrüstung von Neuprojekten sind Serviceleistungen und Modernisierungen wichtige Standbeine im Bereich der Hydroenergie bei ABB. Der Ersatz der Druckluft-Generatorschalter durch Schalter der neuesten Generation bei den Bergeller Kraftwerken im vergangenen Jahr ist ein Beispiel dafür. Auch Aufträge für Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung ( HGÜ ) stehen oft in direktem Zusammenhang mit der Nutzung von Wasserenergie: Die idealen Standorte für Staumauern liegen selten in unmittelbarer Nähe zu den Verbrauchern; bisweilen sind Hunderte Kilometer bis zu den industri-

ellen Zentren und bevölkerungsreichen Grossstädten zu überbrücken. Neue Technologie rückt ins Zentrum. Die HGÜ-Technologie minimiert dabei die Übertragungsverluste deutlich. So hat die ABB im Juli 2009 einen Auftrag über 540 Mio. US $ für die längste Gleichspannungsstromleitung der Welt in Brasilien erhalten, die zwei neue Wasserkraftwerke im Nordwesten des Landes über eine Entfernung von 2500 km mit São Paulo verbinden wird (Bild 3). Bereits in Betrieb ist NorNed, das 580 km lange HGÜ-Kabel durch die Nordsee, zwischen Norwegen und den Niederlanden. Die Verbindung wurde mit der Technologie von ABB realisiert. Seit 2008 können die niederländischen Stromversorger damit auf norwegische Wasserkraft zurückgreifen, um Bedarfsspitzen abzudecken – auch unter ökologischen Aspekten eine sinnvolle Alternative zum Einsatz fossiler Brennstoffe in Spitzenlastkraftwerken und damit ein effizientes Mittel zur Verringerung des CO2 -Ausstosses. ■


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UNMANAGED ETHERNET SWITCHES SENKEN KOSTEN VON GROSSFLÄCHIGEN SOLARANLAGEN

Das wachsende Geschäft mit der Sonne Der Photovoltaikmarkt wächst seit Jahren weltweit. Auch für die kommenden Jahre ist kein Ende in Sicht. Ein Problem, das häufig bei der Verkabelung von Grossanlagen, die bis zu 100 000 m2 gross sein können, auftritt, sind Ringredundanzen. Mittels Einsatz von einfach konfigurierbaren full managed Switches können diese ohne grossen Aufwand behoben werden.

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emäss Schätzungen wurden im Jahre 2010 weltweit neue Solaranlagen mit einer Leistung von etwa 15,8 Gigawatt (GW) errichtet. Im Vergleich zu 2009 ist dies ein Wachstum von rund 118,7 Prozent. Zahlen, die die Bedeutung der erneuerbaren Energien für die Stromversorgung der Zukunft demonstrieren. Aufgrund der steigenden Kosten bei den fossilen Brennstoffen und des Drucks, den CO2 -Ausstoss zu reduzieren, wird für die kommenden Jahre mit einem starken Wachstum der Photovoltaik (PV) gerechnet. Energiebedarf und Umweltschutz entwickeln sich dabei parallel. Will heissen: Län-

Der Solon SE-Solarpark in Gila Bent, Arizona, erreicht mit einachsiger Nachführung eine Leistung von 18 MW.

Glossar RSTP Mit dem Rapid Spanning Tree-Protokoll wird eine schleifenfreie Netzwerktopologie aufgebaut. RSTP erkennt Topologieänderungen, rekonfiguriert das Netz und gibt Informationen über die Änderung an alle Switche im LAN weiter. RSTP vermeidet Verzögerungen durch Berechnung eines alternativen Root-Ports und schaltet unverzüglich auf diesen Port um, wenn der Root-Port nicht mehr zur Verfügung steht. Eine minimale Rekonfigurationszeit im Fehlerfall ist so garantiert. IGMP Das Internet Group Management Protocol basiert auf dem Internet Protocol (IP) und ermöglicht IPv4Multicasting (Gruppenkommunikation). IP-Multicasting ist die Verteilung von IP-Paketen unter einer IP-Adresse an mehrere Stationen gleichzeitig. IGMP bietet die Möglichkeit, dynamisch Gruppen zu verwalten. Die Verwaltung findet nicht in der Sende-Station statt, sondern in den Routern, an denen Empfänger einer Multicast-Gruppe direkt angeschlossen sind.

Unmanaged Ethernet Switche mit einer einfach konfigurierbaren Ringredundanz senken die Kosten von Photovoltaik-Kraftwerken.

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Priorisierung Durch die Priorisierung werden wichtige Datenpakete im Switch bevorzugt behandelt, sodass die Verzögerung im Netzwerk möglichst gering ist und der Empfänger die Nachrichten unter Einhaltung eines Zeitfensters erreichen. IPv4 Internet Protocol Version 4, früher einfach IP, ist die vierte Version des Internet Protocols (IP). Es war die erste Version des Internet Protocols, welche weltweit verbreitet und eingesetzt wurde, und bildet eine wichtige technische Grundlage des Internets. Es wurde in RFC 791 im Jahr 1981 definiert. IPv4 benutzt 32-Bit-Adressen, daher sind maximal 4 294 967 296 eindeutige Adressen möglich. IPv4-Adressen werden üblicherweise dezimal in vier Blöcken geschrieben, zum Beispiel 207.142.131.235. Je Block werden 8 Bit zusammengefasst; somit ergibt sich für jeden Block ein Wertebereich von 0 bis 255. Bei der Weiterentwicklung IPv6 werden 128-Bit-Adressen verwendet. SNMP Das Simple Network Management Protocol (einfaches Netzwerkverwaltungsprotokoll), ist ein Netzwerkprotokoll, um Netzwerkelemente (zum Beispiel Router, Server, Switches, Drucker oder Computer) von einer zentralen Station aus überwachen und steuern zu können.


der mit einer rasch expandierenden Wirtschaftsleistung und einem steigenden Wohlstandsniveau haben einen enormen Energiebedarf, der umweltschonend gedeckt werden soll. So wächst der türkische Strommarkt zurzeit mit rund 7 Prozent pro Jahr. Um unabhängig von Rohstoffimporten zu sein, kündigte die türkische Regierung 2009 an, die erneuerbaren Energien stärker zu fördern. Indien plant, bis zum Jahr 2022 rund 20 Gigawatt Solarleistung zu installieren. In Südeuropa wird bis zum Jahr 2020 eine Gesamtleistung von rund 38 Gigawatt installiert sein.

Der Ausbau der Produktionskapazitäten wie auch die zunehmenden kostengünstigen Automatisierungskomponenten sorgen dafür, dass Solarstrom immer günstiger wird. Allein in Deutschland sind die Kosten für Photovoltaik-Anlagen seit 2006 um rund 45 Prozent gesunken. Grossflächige Photovoltaikanlagen verkabeln. Mehrere Megawatt grosse Solarparks haben einen Flächenbedarf zwischen 10000 und 100 000 m². Daher übersteigen die von der Verkabelung zu überbrückenden Entfernungen die maximal zulässige Distanz von 100 m bei Patchkabeln regelmässig. Aus diesem Grund bietet die Vernetzung der Schaltschränke über optische Ethernet Ports wesentliche Vorteile gegenüber RJ45Patchkabeln. Die Harting Technologiegruppe hat in den letzten Jahren mit verschiedenen Photovoltaik-Herstellern Systemlösungen für die Vernetzung und Verkabelung von grossflächi-

Managed oder unmanaged? Ein managed Switch bietet erweiterte Funktionen, die besonders für grössere Netzwerke sehr hilfreich sind, beispielsweise lässt er sich als eigenständiges Gerät mit IP-Adresse im Netzwerk identifizieren und ansprechen, er unterstützt MulticastProtokolle wie IGMP, Networkmanagement via SNMP, erlaubt die Aufteilung in unabhängige Domänen mittels virtueller Teilnetze (VLANs), er liefert wertvolle Diagnose-Informationen und er kann (muss aber nicht) konfiguriert werden. Ein unmanaged Switch zählt zu den reinen Layer-2Switches (entry level), er kostet wesentlich weniger, wird auch nicht konfiguriert (Vorteil beim Gerätetausch) und lässt sich im Netzwerk nicht als eigenständiges Gerät ansprechen. Häufig werden beide Arten von Switches kombiniert: Auf der untersten Ebene, der Feld-GeräteEbene, findet man häufig unmanaged Switches. Dabei wird in Kauf genommen, dass in dieser unteren (begrenzten) Domäne der I/O-Multicast-Traffic sich fortpflanzen kann. Auf der nächsthöheren Ebene ist ein managed Switch dafür verantwortlich, den Multicast-Traffic abzufangen und die Multicast-Domänen einzugrenzen.

gen Solarstromanlagen erarbeitet. Im Solarpark in Gila Bent im US-Staat Arizona mit einer Leistung von 18 MW und einachsiger Nachführung kommen zum Beispiel für die Vernetzung Ethernet Switche Con 3082-AD mit einem 100 Mbit/s Multimode Fibre Optic Ring (62,5 /125 μm) zum Einsatz. Eine hohe permanente Leistung eines Kraftwerks kann nur durch intelligente und durchdachte Konzepte in der Solarkraftwerkssteuerung und -überwachung gewährleistet werden. Um unmittelbar auf Fehler oder Störungen reagieren zu können, ist eine sichere Fehlerübermittlung notwendig. Bei der Verkabelung bietet sich deshalb eine einfache Ringtopologie an. So wurde auch im Fall des Kraftwerks von Gila Bents vorgegangen. Wird die grossflächige Anlage in kleine Segmente unterteilt, treten Fehler oder Störung nur lokal auf. Ringredundanzen mittels full managed Switches beseitigen. Ein Problem, das häufig bei der Verkabelung von Grossanlagen auftritt, sind sogenannte Ringredundanzen. Bisher wurden hier full managed Switches mit Funktionen wie zum Beispiel RSTP (siehe Kasten), IGMP oder Priorisierung eingesetzt. Im aktuellen Projekt setzte Harting nun Con 3000 Ethernet Switches ein, unmanaged Ethernet Switches mit einer einfach konfigurierbaren Ringredundanz. Bei der Anwendung sind keine Kenntnisse von managed Ethernet Switchen erforderlich. Unter anderem führt ihre Verwendung zu einer Reduktion der Kosten in den Applikationen um bis zu 30 Prozent. Ebenso wurden die Kosten für Serviceschulung- und Inbetriebnahme stark reduziert, da die Funktionen auf ein Minimum reduziert und für den Anwender übersichtlich in einem Auswahlfenster dargestellt wurden. ■


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Bei komplexem Maschinen können mittels Zwischenkreiskopplung über den DC-Bus bis zu 30 Prozent der Bewegungsenergie eingespart werden.

UMWELTBEWUSSTSEIN IM MASCHINEN- UND ANLAGEBAU DANK AKTIVER ENERGIERÜCKSPEISUNG

Einmal Energie und zurück Neben kaufmännischen Ansätzen fliesst auch umweltbewusstes Denken in den Maschinen- und Anlagenbau mit ein. Daher werden zunehmend energiespezifische Gesichtspunkte in die Antriebstechnik integriert. Mittels optimierter Antriebsauslegung und Energierückführungen, die durch den Einsatz von Antriebssteuerungssystemen erreicht werden, lassen sich Kosten und Energie sparen.

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erstärktes umweltbewusstes und kaufmännisches Denken veranlassen den Maschinen- und Anlagenbau, neue Wege in der Antriebstechnik zu beschreiten. Arbeiten die Motoren und Antriebs-Steuerungskomponenten in der Regel mit Wirkungsgraden nahe 100 Prozent bei Nennlast bereits effizient, so lohnt sich ein Blick in die sekundären Bereiche – rund um den eigentlichen Antrieb. «Viele Einzelmassnahmen zusammen können in der Gesamtrechnung eine grössere Summe ergeben. Bei Verwendung der richtigen Komponenten sind bereits mit geringem Aufwand rund um den Antrieb grosse Energieeinsparungen möglich», erläutert Alois Holzleitner, Business Manager Motion bei B & R. Die optimierte Antriebsauslegung reduziert den Energieaufwand. Mit Hilfe des Tools Servosoft der Firma ControlEng sorgt B & R für die gezielte Antriebsauslegung. Die zu

Elektrische Antriebe in der Industrie verbrauchen viel Strom. Mit verschiedenen Techniken kann die Eneergieeffizienz meistens deutlich gesteigert werden.


Unterstützt werden sämtliche Energiesparmassnahmen durch die Cold-Plate-Schaltschrankmontage. Diese bietet die Option die in den Servoverstärkern selbst anfallende Verlustwärme über einen Flüssigkeitskreislauf und Wärmetauscher dorthin zu befördern, wo sie benötigt wird. «Der gewinnende Effekt der Cold-Plate-Technik entsteht im Entfall des Kühlgerätes für den Schaltschrank. Auf diese Weise können bis zu 23 Prozent eingespart werden», weiss Alois Holzleitner. Ein weiterer energietechnischer Effekt des Einsatzes der Acoposmulti Familie ist die Korrektur des Leistungsfaktors auf einen Total Power Factor (TPF) von 1,0. Während herkömmliche Umrichter mit kleinem TPF eine deutlich höhere Effektivstromaufnahme aufweisen und es dadurch zu unnötigen Verlusten in den Zuleitungen und Transformatoren kommt, sorgt die aktive Leistungsversorgung des Acoposmulti für effiziente Nutzung der eingesetzten Energie. «Dies spart bis zu 50 Prozent der Infrastrukturkosten durch die Verkleinerung der benötigten Leitungsquerschnitte und Zuleitungskomponenten sowie die Reduktion der Absicherung», erklärt der B&R Business Manager. ■

«B&R trägt der stetigen Nachfrage nach Umweltbewusstsein mit den Möglichkeiten der aktiven Energierückspeisung mit dem Acoposmulti System mehr als Rechnung» Paolo Salvagno, Geschäftsführer B&R IndustrieAutomation AG

bewegenden Massen und die dafür benötigten Antriebe können damit aufeinander abgestimmt werden, was den Energieaufwand erheblich senkt. Bei komplexen Maschinen mit hintereinander ablaufenden Bewegungsvorgängen wird die kinetische Energie häufig in Bremswiderständen in Form von Wärme freigesetzt. Mittels Zwischenkreiskopplung über den DC-Bus der Acoposmulti Servoantriebe können bis zu 30 Prozent dieser Bewegungsenergie eingespart werden. Dabei wird die Bremsenergie über Pufferkondensatoren für Beschleunigungsvorgänge an anderer Stelle zur Verfügung gestellt. Dadurch profitiert der Anwender nicht nur von einer effizienten Energienutzung, sondern auch von einem kühleren Schaltschrank, der die Abwärme wiederum aus den Widerständen reduziert.

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PRODUKTMELDUNGEN

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urch ein speziell entwickeltes Führungskonzept kann der RK Powerlift von RK Rose + Krieger, einer Tochtergesellschaft der schweizerischen Phoenix Mecano AG, extrem hohe Biegekräfte und Torsionsmomente aufnehmen. Die grosse Stabilität der Hubsäule wird durch die Kombination einer Schwalbenschwanzgleitführung in Verbindung mit einer Rollenführung erreicht. Der Aufbau garantiert auch im vollständig ausgefahrenen Zustand keinerlei Stabilitätseinbussen. Bei einem Einbaumass von 610 mm wird ein Gesamthub von 490 mm realisiert. Das neue dreistufige Powerlift Teleskop ist eingefahren 560 Millimeter hoch und erreicht einen Hub von 650 Millimetern. Intelligentes Zubehör für effizientes Arbeiten. Als Zubehör ist eine stabile Schubladenhalterung, passend für jeden Handschaltertyp für die Bedienung der Hubsäulen erhältlich. Die Schubladenhalterung lässt sich mittels vier handelsüblicher Schrauben leicht am Arbeitsplatz beispielsweise unter der Tischplatte montieren. Der Handschalter wird in die Schublade eingeclipst und lässt sich bei Nichtbenutzung unter der Tischplatte bis zum Einrasten einschieben. Durch das Einrasten der Schublade wird ein versehentliches Herausziehen vermieden. Ebenfalls verschwinden so störende hervorstehende Kanten des Bedienelementes am Arbeitsplatz, die leicht Unfälle verursachen könnten. Vier vertikale Befestigungsnuten am Aussenprofil der Aluminiumhubsäule ermöglichen die Aufnahme einer sogenannten Klemmstange. Sie kann in die Befestigungsnuten eingeschoben und mittels eines mitgelieferten Gewindestiftes in gewünschter

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Mit einer Hubsäule kann der Arbeitsplatz für den Tampondruck per Knopfdruck von sitzender auf stehende Bedienhöhe umgestellt werden.

Höhe positioniert werden. Die Klemmstange ist mit vier Gewindebohrungen der Grösse M5 versehen und dient der Aufnahme von zusätzlichen Halteblechen, Kabelführungen, CPU-Halterungen und sonstigen Verkleidungen. Dieses und anderes Zubehör kann mit geringem Aufwand, ohne zeitaufwändige zusätzliche Bohrungen im Aussenprofil vornehmen zu müssen, montiert werden. Bei der Ausführung des RK Powerliftes Technic wurde mit einer zusätzlichen 30erNutgeometrie am Aussenprofil gewährleistet, dass sich Aluminiumprofile aus dem Hause RK Rose + Krieger mittels Nutensteinen in gewohnter Weise mit handelsüblichem Werkzeug anbringen lassen. Sowohl an der Oberseite des Innenprofils als auch an der Unterseite des Aussenprofils befinden sich jeweils vier Schraubkanäle mit vorgeschnittenem Gewinde an vordefinierten Punkten zur Aufnahme von Befestigungsschrauben der Grösse M10 x 45. Hier-

durch wurde eine einfache Möglichkeit der Montage von Haltevorrichtungen, Werkstoffträgerplatten und ähnlichen Befestigungen geschaffen. So lassen sich in Sekundenschnelle Vorrichtungen mithilfe eines Akku- oder Druckluftschraubers montieren. Mit einem Knopf bis zu 32 Hubsäulen bewegen. Die Steuerungsfamilie MultiControl ermöglicht die Ansteuerung von RK Hubsäulen und Elektrozylindern der Serie LZ. Die Versionen Duo und Quadro lassen sich mittels Bus-System verketten. Hierdurch können bis zu 32 Antriebe synchronisiert werden. Die Trafosteuerung MultiControl Mono ist für den Einzel- oder Parallelbetrieb (keine Synchronisation) von bis zu zwei Hubsäulen oder Elektrozylindern ausgelegt. Die Synchronsteuerung MultiControl Duo kann bis zu zwei Antriebe verfahren. Eine serienmässige Temperatur- und Einschaltdauerüberwachung schützt das System vor


PRODUKTMELDUNGEN

Die Tastaturschublade passt für jeden Handschaltertyp.

Überlastung. Die Synchronsteuerung MultiControl Quadro kann bis zu vier Antriebe verfahren. Eine serienmässige (aktivierbare) Einschaltdauerüberwachung schützt das System vor Überlastung. Die Anbindung der MultiControl Duo und Quadro an ein SPS oder einen PC ist möglich. Mit der Multicontrol Accu lassen sich die Hubsäulen auch netzunabhängig steuern und verfahren. Die MultiControl Accu ist in den Versionen Mono und Duo mit Memoryfunktion und Synchronisation erhältlich. Dank verschiedener Varianten von Hubsäulen bietet Phoenix Mecano für jedes Problem die richtige Lösung.

Säulen per PC oder SPS fernsteuern. Das Hubsäulenprogramm unterstützt zahlreiche Ar-

Kompakter EtherCat-fähiger Servoverstärker

Der neu entwickelte EtherCat-fähige Servoverstärker Gold-Whistle von Elmo Motion Control ist sehr leistungsstark und besonders kompakt. Bis zu 1,6 kW Ausgangsdauerleistung und 3,2 kW Spitzenleistung sind in einem sehr kleinen Paket von nur 55 x 46 x 20 mm Grösse untergebracht. Der 55 g schwere Servoverstärker ist in den drei Versionen Gold-Whistle (in Modulform integrierbar), Gold-DC-Whistle (mit Gehäuse und Steckern) und Gold-DUO (zwei Servoverstärker in einem Gehäuse mit Steckern) erhältlich. Der

Gold-Whistle verfügt über eine hohe Bandbreite und unterstützt eine breite Vielfalt von Feedback-Systemen: Inkremental Encoder, Absolut Encoder, Resolver, Sin/Cos Geber, digitale und analoge Hall-Sensoren sowie Tachometer und Potenziometer. Dieser sehr leistungsfähige Verstärker verfügt über mehrere Kommunikationsoptionen, unter anderem EtherCat, CAN-open, Ethernet, USB und RS-232. Elmo Motion Control ist Mitglied der EGT-Gruppe, was eine Kompatibilität der EtherCat-fähigen Goldline-Geräte garantiert.

Servotronic AG | 1228 Plan-les-Ouates | Tel. 022 794 93 26 info@servotronic.ch | www.servotronic.ch

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beitsabläufe in Montage- und Fertigungsprozessen. Um diese Abläufe weiter zu optimieren und den Automatisierungsgrad zu erhöhen, wurde eine spezielle Datenschnittstelle entwickelt. Die Schnittstelle ermöglicht die Hubsäulenansteuerung von unterschiedlichen Eingabegeräten. So kann etwa eine Hubsäule für den benutzerfreundlichen Einrichtbetrieb über einen Handschalter bedient werden. Der weitere Fertigungsablauf wird dann über einen PC oder eine SPS gesteuert. Mithilfe der PC-Software können alle Funktionen des Handschalters über die Datenschnittstelle nachgestellt werden. Nach dem Programmstart erscheint auf dem Bildschirm eine leicht verständliche Eingabemaske, die mittels PC-Tastatur oder Maus bedient werden kann. Über die Pfeiltasten kann die Hubsäule stufenlos verfahren werden. Über eine Benutzerauswahl können fünf verschiedene Namen, mit wiederum jeweils fünf speicherbaren Memorypositionen abgerufen werden. ■

Embedded-PCs der zweiten Generation Die Beckhoff EmbeddedPCs der zweiten Generation CX2030 und CX2040 implementieren eine wesentliche Eigenschaft der neuen CX-Steuerungen: Mehrkern-Prozessoren. Damit decken sie Leistungsbereiche ab, die bislang den Industrie-PCs vorbehalten waren. In den CX2000-Geräten kommen Intel-Prozessoren der zweiten Generation aus der 32-nm-Baureihe («Sandy Bridge») zum Einsatz: Vom single core Celeron mit 1,4 Ghz (lüfterlos) über den Core i7 mit 1,5 Ghz und 2 Cores bis zum Core i7 mit 2,1 Ghz und 4 Kernen. Wie bei den Embedded-PCs der ersten Generation bestehen die neuen CX2000Geräte aus einzelnen Komponenten, die der Anwender separat bestellen und im Feld durch einfaches Zusammenstecken montieren kann. Das CPU-Grundmodul der neuen CX-Baureihe hat stets einen

DVI-Port, vier USB- und zwei Ethernet-Ports. Ein ab Werk belegbarer interner Slot kann als «Magic Interface» eine hohe Vielfalt an Schnittstellentypen optional ausführen: Hier sind sowohl Feldbusmasterund -slaveausführungen, zum Beispiel für EtherCat (Slave), Profinet, Ethernet/IP, Profibus, CANopen, DeviceNet, als auch serielle Schnittstellen (RS232/RS422/RS485) möglich. Die Modularität der CX2000Geräte beruht auf PCI-Express als Bussystem und bietet eine Bandbreite von 5 GT/s pro PCIe-TX/RXKanal. Das ermöglicht den Anschluss vielfältiger Schnittstellen.

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IMPRESSUM/FIRMEN IN DIESER AUSGABE

Impressum

Megalink - Elektronik + Automation ISSN 1662-9558 18. Jahrgang «Megalink» 27. Jahrgang «EC Woche» 32. Jahrgang «Precision» 50. Jahrgang «Elektroniker» www.megalink.ch Total verkaufte Auflage: 2310 Ex., Total Zielversand/Gratis: 5610 Ex.

Firmen in dieser Ausgabe ABB Schweiz AG

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Astrel AG

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B&R Industrie-Automation AG

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Beckhoff Automation AG Bosch Rexroth Schweiz AG EBV Elektronik GmbH & Co. KG

Kontakt Alle Mitarbeiter erreichen Sie unter vorname.name@azmedien.ch

4, 5, 23 9 1. US, 10

Finder (Schweiz) AG

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FlowCAD Schweiz AG

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Geschäftsführer Dietrich Berg

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Leiterin Zeitschriften Ratna Irzan

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Redaktion Megalink, Neumattstrasse 1, Postfach, CH-5001 Aarau Tel. +41 (0)58 200 56 42, Fax +41 (0)58 200 56 61 Chefredaktor: Patrick Müller, Tel. +41 (0)58 200 56 59 Redaktor: Daniel Wallimann, Tel. +41 (0)58 200 56 30

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Herausgeberin AZ Fachverlage AG, Neumattstrasse 1, 5001 Aarau Tel. +41 (0)58 200 56 50, Fax +41 (0)58 200 56 51

MSC-Gleichmann Schweiz AG

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Phoenix Mecano Komponenten AG Profibus Schweiz AG

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RS Components GmbH Copyright Mit der Annahme von Manuskripten durch die Redaktion und der Autor-Honorierung durch den Verlag erwirbt der Verlag das Copyright und insbesondere alle Rechte zur Übersetzung und Veröffentlichung der entsprechenden Beiträge in anderen verlagseigenen Zeitschriften sowie zur Herausgabe von Sonderdrucken. Für unverlangt eingesandte Text- und Bildunterlagen übernimmt die Redaktion keine Gewähr. Produkte und Highlights sind kostenpflichtig. Nachdruck, auch auszugsweise, nicht gestattet. Leiter Werbemarkt Jürg Rykart, Tel. +41 (0)58 200 56 04 Anzeigen Thorsten Krüger, Tel. +41 (0)58 200 56 32 Verena Müller, Tel. +41 (0)58 200 56 42 Anzeigentarif unter www.megalink.ch Leiter Lesermarkt/Online Valentin Kälin Aboverwaltung abo@megalink.ch, Tel. +41 (0)58 200 55 64 Preise Abonnementspreis Fr. 84.–, Ausland Fr. 85.– plus Postgebühren Layout/Produktion Ursula Urech, Gülsah Yüksel Druck Vogt-Schild Druck AG, 4552 Derendingen Ein Produkt der Verleger: Peter Wanner CEO: Christoph Bauer www.azmedien.ch Namhafte Beteiligungen nach Art. 322 Abs. 2 StGB: Aargauer Zeitung AG, AZ Anzeiger AG, AZ Fachverlage AG, AZ Management Services AG, AZ Verlagsservice AG, AZ Vertriebs AG, Basellandschaftliche Zeitung AG, Media Factory AG, Mittelland Zeitungsdruck AG, Solothurner Zeitung AG , Tele M1 AG, TMT Productions AG, Radio 32 AG, Vogt-Schild Druck AG, Vogt-Schild Vertriebs GmbH, Weiss Medien AG

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