Multifunktionaler Netzanalysator mit Profinet UMG 96RM-PN

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Das multifunktionale Energiemessgerät UMG 96RM-PN ist ein Kommunikationsgenie mit integrierter PROFINET-Schnittstelle.

Der Netzanalysator UMG 96RM-PN dient zur Ermittlung der Spannungsqualität und misst Oberschwingungen bis zur 40. Harmonischen. Er verfügt über zwei digitale Ausgänge sowie drei weitere digitale Ein- bzw. Ausgänge, die optional bestimmt werden können. Zusätzlich sind zwei weitere Eingänge enthalten (Analog-, Temperatur- oder Differenzstromeingang (RCM)).

Hauptmerkmale des UMG 96RM-PN

6 Stromkanäle
  • Strommesskanal für Phase L1
  • Strommesskanal für Phase L2
  • Strommesskanal für Phase L3
  • Strommesskanal für Neutralleiter
  • 2 x RCM (optionaler Thermistoreingang)
Schnittstellen
  • 2 PROFINET-konforme Ethernet-Schnittstellen und integrierter Switch zum Aufbau von Linientopologien
  • Zusätzliche RS485 Schnittstelle
  • 2 digitale Ausgänge (Impulsausgang, Schaltausgang, Schwellwertausgang, Logikausgang)
  • 3 zusätzliche digitale Ein-/Ausgänge
REST-Schnittstelle
  • Softwareschnittstelle zur Abfrage von Messwerten über ein HTTP-Protokoll, um zB die Messdaten in übergeordnete Softwarelösungen (GLT, SPS, SCADA, etc.) einzubinden
  • Maschine-Maschine-Kommunikation dank einfachem Architekturmodell
RCM (Fehlerstrom)
  • Brand- und Geräteschutz
  • Systemsicherheit
  • Erfüllung von Vorschriften
  • Isolationsfehler erkennen
  • Sicherstellung der Systemverfügbarkeit
Webserver
  • Echtzeitanzeige der aktuellen Leistungs-/Strom- und Spannungswerte auf der Gerätehomepage
  • Geräte-Homepage jederzeit im Browser aufrufbar
  • Online-Messwertanzeige
Gridvis®-Basic
  • Visualisierung und Auswertung der Messwerte
  • Einfache Berichterstellung
  • Aufbau von Energiemanagementsystemen nach ISO 50001

Kommunikation von der Maschine zum Web

  • Um Ethernet vom Büro ins Anlagenfeld zu bringen, bedarf es einer Reihe von Erweiterungen; die wichtigste davon ist die Echtzeitfähigkeit. Ein marktfähiges Industrial Ethernet muss je nach Anwendung Sicherheitsanwendungen oder die gesamte Antriebstechnik bis hin zur synchronen Bewegungssteuerung mit Zykluszeiten von weniger als einer Millisekunde beherrschen.
    Dies lässt sich durch eine geschickte Verteilung der Protokolle über die OSI-Schichtensystemstruktur erreichen. Daraus ergeben sich viele Lösungen. Eine der gängigsten ist der offene Standard PROFINET, der zudem einen hohen Investitionsschutz bietet. Vorhandene Feldbussysteme wie Profibus DP, Profibus PA, AS-Interface und Interbus lassen sich ohne Änderungen in die vorhandenen Feldgeräte integrieren

Messdatenerfassung mit PROFINET

  • PROFINET spart bereits bei Installation, Engineering und Inbetriebnahme Kosten. Später profitiert der Betreiber von der einfachen Erweiterbarkeit und hohen Verfügbarkeit durch autark laufende Subsysteme. Entsprechend ist PROFINET in allen Anwendungen des Maschinen- und Anlagenbaus vertreten: In der Automobilindustrie, der Papierindustrie, der Kunststoffverarbeitung, der Fördertechnik, der Lebensmittelindustrie und der Verfahrenstechnik.
    Dass sich diese Kommunikationsstruktur auch zur Erfassung maschinennaher Energiedaten nutzen lässt, liegt auf der Hand. Auf Basis der bewährten Gerätereihe UMG 96 hat Janitza einen PROFINET-Spezialisten entwickelt: Das UMG 96RM-PN – ein Messgerät, das weit mehr ist als eine Standardvariante mit angeflanschter PROFINET-Schnittstelle.

UMG 96RM-PN, der PROFINET-Spezialist

  • Das UMG 96RM-PN ist mit zwei Ethernet-Schnittstellen nach PROFINET IO-IRT und einem integrierten Switch ausgestattet. Die bekannten Linientopologien werden genutzt, um den Aufbau der Feldbustechnik normgerecht abzubilden. Parametrierung und Konfiguration können komplett in der Step 7®-Umgebung oder im TIA-Portal erfolgen. Alle Messwerte werden direkt im Prozessdatenkanal der SPS angezeigt. Dessen digitale Ein- und Ausgänge sind sowohl über Modbus als auch über PROFINET nutzbar. Zwei analoge Eingänge stehen für 0-30 mA oder zur Erfassung von Temperaturen zur Verfügung. Ein separater 5A-Strommesskanal kann beispielsweise den Neutralleiter überwachen.
  • Auf der geräteeigenen Homepage können alle relevanten Messwerte angezeigt werden. Eine REST-Schnittstelle ermöglicht die Abfrage von Messwerten und Konfigurationsparametern aus der HTTP-Schnittstelle. Ein Highlight ist die integrierte Differenzstromüberwachung (RCM), mit der Isolationsfehler frühzeitig erkannt werden können. Dadurch erhöht sich die Anlagenverfügbarkeit und das Brandrisiko wird reduziert.

Lokale Energieversorgung im Wandel

  • Seit einigen Jahren verändern sich das klassische Planungsmodell und die Technologie der elektrischen Energieversorgung aufgrund vieler äußerer Umstände. Die Anforderungen an effizientere Netze spielen dabei eine ebenso große Rolle wie die stetig steigende Einspeiseleistung aus erneuerbaren Energien. Zum größten Teil betreffen diese Einflüsse das Niederspannungsnetz. Dort kann es zu kritischen Betriebszuständen und Überlastungen kommen, da die klassisch geplanten Netze hierfür nicht dimensioniert wurden.
  • Ortsnetzstationen werden immer mehr zu intelligenten Knotenpunkten: Sie übernehmen Aufgaben von der reinen Messung über Fehlerortung, Fehlererkennung, Netzqualitätsanalyse bis hin zur kompletten Fernsteuerung oder sogar Automatisierung. Insbesondere bei der Nachrüstung bestehender Ortsnetzstationen sind folgende Rahmenbedingungen zu beachten.

Einfache Integration von Messgeräten in die Feldbusebene

  • Die Energiedatenerfassung hat in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung gewonnen. Dies liegt weniger am Kostenfaktor an sich, sondern vielmehr an der Erkenntnis, dass nur eine fein abgestimmte und zeitlich hoch aufgelöste Energiedatenerfassung die gewünschten Einsparungen ermöglicht. Dazu muss die Messtechnik in bestehende Systeme integriert werden – möglichst auch im laufenden Betrieb.
  • PROFINET bietet sich für diese Aufgabe an, da dieser Standard eine einfache Integration in bestehende Feldbussysteme wie Profibus DP, Profibus PA, etc. ermöglicht. Auch Messgeräte wie das UMG 96RM-PN lassen sich so unkompliziert in die Feldbusebene einbinden.
  • Die einfache Installation reduziert die Kosten. Zudem ist eine Migration von zentralen zu dezentralen Strukturen möglich. Zusätzliche Infrastrukturkomponenten sind nicht erforderlich, da das UMG 96RM-PN bereits einen Switch und zwei PROFINET-Schnittstellen onboard hat und damit den Aufbau von Linienstrukturen ermöglicht.
  • Auf Basis dieser Infrastruktur lässt sich das Energiemanagementsystem einfach umsetzen. Über PROFINET können die in Echtzeit erfassten Daten an einen zentralen Ort geleitet, zentral in Datenbanken gespeichert und in einer möglichst offenen Architektur zur Weiterverarbeitung bereitgestellt werden.
  • Janitza hält die entsprechenden Lösungen bereit – von der autarken Software bis zur Cloud. Die Anwender können damit ihr eigenes, eigenständiges Energiemanagement realisieren oder auf das Leistungsangebot von Janitza zurückgreifen.

Anlagensicherheit durch Differenzstromüberwachung

  • Das UMG 96RM-PN ermöglicht nicht nur die kontinuierliche Erfassung von Verbrauchern, sondern auch eine Fehlerstromüberwachung (RCM). Mit RCM lassen sich Fehler erkennen, die von einer einzelnen Anlage nur teilweise oder gar nicht wahrgenommen werden. Der Anwender kann somit reagieren, bevor Sicherungen oder Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen (RCD) betroffene Anlagen oder Steckdosenstromkreise abschalten. Dies gilt insbesondere für schleichend ansteigende Fehlerströme (z. B. ausgelöst durch einen Isolationsfehler), zu hohe Betriebsströme und sonstige Überlastungen von Anlagenteilen und Verbrauchern.
  • RCM kann aber noch mehr: nämlich die Brandgefahr reduzieren. Bei ausreichend hohem Stromfluss (bei einem spannungslosen Erdschluss oder einem entsprechenden niederohmigen Kurzschluss) trennt die vorgeschaltete Schutzeinrichtung den elektrischen Verbraucher vom Netz. Ist der Fehlerstrom allerdings zu gering, löst die Schutzeinrichtung nicht aus. Übersteigt die erfasste Fehlerleistung einen Wert von ca. 60 Watt (ca. 261 mA bei 230 V), besteht weiterhin Brandgefahr.
  • Durch Parametrierung (z. B. Festlegung des typischen Fehlerstroms im „GUT“-Zustand) der Anlage im Neuzustand und ständige Überwachung können alle Änderungen des Anlagenzustandes nach dem Inbetriebnahmezeitpunkt erkannt werden. Auch schleichende Fehlerströme können so visualisiert werden.
  • Somit erhöht RCM im UMG 96RM-PN nicht nur die Anlagenverfügbarkeit, sondern reduziert auch die Brandgefahr.

100% Konformität zum PROFINET-Standard, inklusive PROFIenergy

  • Das UMG 96RM-PN ist für PROFINET zertifiziert und für den Einsatz von PROFIenergy geeignet. Ein PROFINET-Zertifikat bescheinigt ein normgerechtes Verhalten nach IEC 61158 innerhalb eines PROFINET-Netzwerkes und gewährleistet somit einen hohen Qualitätsstandard.
  • PROFIenergy ist ein Profil für das Energiemanagement in Produktionsanlagen, das auf PROFINET basiert. Energieverbraucher innerhalb der Anlage können damit über offene und standardisierte Befehle gesteuert werden. Durch den Einsatz von PROFIenergy sind keine externen, fest verdrahteten Systeme mehr erforderlich.
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