Systemintegratoren, Schaltschrankbauer und Beschaffungsteams in der Fabrikautomation verlieren selten Produktionszeit, weil die SPS-Logik falsch ist. Sie verlieren Zeit—und Verfügbarkeit—wenn die 24V-DC-Schiene während eines Netzspannungseinbruchs unter 20V fällt, wenn eine induktive Last den Überstromschutz des Netzteils auslöst oder wenn die Netzteildokumentation die CE-technische Akte während der Werksabnahme nicht stützen kann.
Die industrial power supply solutions von TPS Elektronik für SPS-Schaltschränke sind darauf ausgelegt, dieses Risiko zu eliminieren: 24V DIN-Schienen-Netzteile mit 170% Power-Boost, 20ms Hold-Up-Time bei Volllast und Compliance-Dokumentation gemäß IEC 61131-2 und EN 61010.
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1. Was ist ein SPS-Schaltschrank-Netzteil?
Ein SPS-Schaltschrank-Netzteil ist die AC/DC-Wandlungsstufe, die geregelte 24V DC an die speicherprogrammierbare Steuerung, E/A-Module, Sensoren, Relais und Kommunikationsgeräte in einer industriellen Schalttafel liefert. Im Gegensatz zu Allzweck-Netzteilen müssen SPS-Schaltschrank-Netzteile spezifische Anforderungen an Hold-Up-Time, Transientenverhalten und Sicherheitsisolierung erfüllen, die in der IEC 61131-2 Norm für speicherprogrammierbare Steuerungen definiert sind.
Die 24V-DC-Schiene ist das elektrische Rückgrat der Fabrikautomation. Ein einzelnes DIN-Schienen-Netzteil versorgt typischerweise die SPS-CPU, Dutzende von Sensoren und zahlreiche Aktoren. Das Netzteil muss eine stabile Ausgangsspannung unter stark variierenden Lastbedingungen aufrechterhalten—von nahezu null Strom im Leerlauf bis zum vollen Nennstrom, wenn alle Ausgänge aktiv sind.
1.1 Warum 24V DC der Standard für die Fabrikautomation ist
Die 24V-DC-Spannungsebene ist seit Jahrzehnten das Rückgrat der industriellen Steuerung, weil sie einen bewussten technischen Kompromiss darstellt. Die Spannung ist hoch genug, um Relais, Schütze und Magnetventile über lange Kabelwege ohne übermäßigen Strom oder Spannungsabfall anzutreiben. Sie ist jedoch niedrig genug, um gemäß IEC 61140 als Sicherheitskleinspannung (SELV) klassifiziert zu werden, was das Risiko eines Stromschlags inhärent begrenzt und die Schalttafelkonstruktion vereinfacht.
Für die Spezifikation einer SPS-Netzteillösung muss die 24V-DC-Schiene die Spannung innerhalb des Toleranzfensters der SPS halten. Typische SPS akzeptieren 24V DC mit einer Toleranz von −15% bis +20%, was bedeutet, dass die Netzteilausgangsspannung unter allen Last- und Temperaturbedingungen zwischen 20,4V und 28,8V bleiben muss. Wenn die Spannung unter etwa 20V fällt, kann die SPS in einen undefinierten Zustand geraten und Sensoren können fehlerhafte Signale erzeugen.
1.2 Hold-Up-Time: die Spezifikation, die SPS-Resets verhindert
Die Hold-Up-Time definiert, wie lange der Netzteilausgang nach Entfernen der AC-Eingangsspannung innerhalb der Regelung bleibt. Gemäß IEC 61131-2 werden DC-Netzteile für SPS-Systeme als PS1 oder PS2 klassifiziert, basierend auf ihrer Überbrückungsfähigkeit. Für die PS2-Klassifizierung—die Anforderung für die meisten industriellen Steuerungsanwendungen—muss das Netzteil den Ausgang während Eingangsunterbrechungen von bis zu 10 Millisekunden aufrechterhalten, mit mindestens 1 Sekunde zwischen aufeinanderfolgenden Unterbrechungen.
In der Praxis ermöglicht eine Hold-Up-Time von 20ms bei Volllast und 230V AC Eingang der SPS, einen kurzen Netzausfall zu überbrücken, ohne einen Reset auszulösen oder Speicher zu verlieren. Dies ist besonders kritisch in Anlagen, in denen die Netzversorgung Spannungseinbrüchen durch große Motoranläufe, Schweißgeräte oder Netzstörungen ausgesetzt ist.
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2. TPS industrial power supply solutions für SPS-Schaltschränke
TPS Elektronik bietet ein Portfolio von 24V DIN-Schienen-Netzteilen, die für die Integration in SPS-Schaltschränke entwickelt wurden, mit Leistungen von 10W bis 320W und Ausgangsspannungen von 12V, 24V und 48V. Das Portfolio umfasst das TPS010-GP24V (10W), TPS030-GP24V (30W) und das TPS150-DR1S24A (150W) mit 170% Power-Boost-Fähigkeit.
2.1 170% Power-Boost für induktive Lastanläufe
Eine der häufigsten Ursachen für sporadische Netzteilabschaltungen in SPS-Schaltschränken ist der Einschaltstrom, den induktive Lasten ziehen. Wenn Magnetventile, Motorschütze oder kapazitive Eingangsstufen erregt werden, ziehen sie einen Stromstoß, der die Nennleistung des Netzteils kurzzeitig um 150–200% überschreiten kann. Wenn der Überstromschutz des Netzteils zu schnell anspricht, bricht die gesamte 24V-Schiene zusammen und die SPS verliert die Stromversorgung.
Das TPS150-DR1S24A adressiert dies mit einer 170% Power-Boost-Fähigkeit für bis zu 10 Sekunden, mit automatischer Wiederherstellung. Dies ermöglicht dem Netzteil, momentan bis zu 10,7A zu liefern, während die Regelung aufrechterhalten wird, und den induktiven Lastanlauf zu absorbieren, ohne den Schutz abzuschalten.
2.2 Thermomanagement und Derating in geschlossenen Schaltschränken
Der Netzteilwirkungsgrad beeinflusst direkt die thermische Belastung im Inneren eines geschlossenen Schaltschranks. Das TPS150-DR1S24A erreicht 93% Wirkungsgrad bei 220V AC und maximaler Last, was bedeutet, dass nur 10,5W der 150W Ausgangsleistung als Wärme im Schaltschrank dissipiert werden. Dies reduziert die thermische Belastung benachbarter SPS-Komponenten und vereinfacht die Schaltschrankkühlung.
TPS DIN-Schienen-Netzteile sind für den Betrieb von 0°C bis 70°C mit Derating von 50°C bis 70°C spezifiziert. In geschlossenen Schaltschränken, in denen die Innentemperatur die Umgebungstemperatur um 10–15°C übersteigen kann, bestimmt diese Derating-Kurve die maximale Dauerlast, die das Netzteil unterstützen kann. TPS stellt thermische Derating-Dokumentation bereit, die es Schaltschrankbauern ermöglicht, die geeignete Leistungsklasse basierend auf den tatsächlichen Schaltschrankbedingungen auszuwählen.
Für eine vertiefte Betrachtung der Auswahl und Integration von DIN-Schienen-Netzteilen siehe den Leitfaden für Element- und Materialtechnologie und die Ressource für Elementprüflabore.
3. Redundante Netzteilanordnungen für verfügbarkeitskritische Linien
Für Produktionslinien, bei denen ein Netzteilausfall den gesamten Betrieb zum Stillstand bringen würde, ist ein einzelnes Netzteil ein Single Point of Failure. Die industrielle Standardlösung ist eine 1+1 redundante Konfiguration: zwei identische Netzteile, die über ein Redundanzmodul mit Diodenentkopplung und Stromaufteilung verbunden sind.
In dieser Konfiguration arbeiten beide Netzteile unter normalen Bedingungen parallel, jedes trägt etwa 50% der Last. Wenn eine Einheit ausfällt, isoliert das Redundanzmodul automatisch die ausgefallene Einheit und das verbleibende Netzteil übernimmt die volle Last innerhalb von Millisekunden—schnell genug, dass die SPS keine Spannungsunterbrechung erkennt. Das Redundanzmodul verhindert auch, dass Rückstrom in das ausgefallene Netzteil fließt, was sonst die verbleibende Einheit beschädigen könnte.
Für verfügbarkeitskritische SPS-Schaltschränke in der Automobil-, Pharma- und kontinuierlichen Prozessfertigung wird 1+1 Redundanz oft zusammen mit einer 30% Leistungsreserve spezifiziert, um Derating und zukünftige Erweiterungen zu berücksichtigen. Die kombinierte Systemverfügbarkeit kann 99,99% überschreiten und ungeplante Ausfallzeiten von Stunden pro Jahr auf Minuten reduzieren.
TPS kann die Auswahl und Konfiguration von Redundanzmodulen als Teil seiner SPS-Schaltschrank-Netzteillösung unterstützen. Der Qualitätssicherungs-Kundenfall dokumentiert, wie TPS verfügbarkeitskritische Automationsprojekte handhabt.
4. Compliance-Nachweis: IEC 61131-2, EN 61010 und CE-Dokumentation
Für SPS-Schaltschrank-Netzteile ist die regulatorische Konformität nicht nur eine Formalität—sie ist dokumentierter Nachweis, dass das Netzteil die in der Norm für speicherprogrammierbare Steuerungen definierten elektrischen Betriebsbedingungen erfüllt. Die anwendbaren Normen sind:
- IEC/EN 61131-2: Speicherprogrammierbare Steuerungen — Geräteanforderungen und Prüfungen. Diese Norm definiert die elektrischen Betriebsbedingungen, einschließlich des zulässigen Eingangsspannungsbereichs und der Überbrückungsanforderungen (PS1- und PS2-Klassifizierung). Netzteile für SPS-Systeme müssen die Konformität mit den Hold-Up-Time- und Spannungsunterbrechungsanforderungen dieser Norm nachweisen.
- EN 61010-2-201: Sicherheitsanforderungen an elektrische Geräte für Mess-, Steuer-, Regel- und Laboranwendungen — Besondere Anforderungen an Steuergeräte. Diese Norm deckt die Sicherheitsaspekte von eigenständigen Netzteilen ab, die in industriellen Steuerungsanwendungen verwendet werden, einschließlich SELV/PELV-Anforderungen und Isolierung.
- EN 61000-6-2 / EN 61000-6-4: Fachgrundnormen für Störfestigkeit und Störaussendung in industriellen Umgebungen. Diese Normen definieren die EMV-Leistung, die das Netzteil bei Integration in einen industriellen Schaltschrank erreichen muss.
TPS stellt Compliance-Dokumentation bereit, einschließlich IEC 61131-2 Hold-Up-Time-Testberichten, EN 61010-Sicherheitszertifikaten und CE-Kennzeichnungsakten. Dieses Dokumentationspaket unterstützt die CE-Kennzeichnungspflichten des Schaltschrankbauers und liefert den Nachweis, der bei der Werksabnahme erforderlich ist. Der Metallprüfungs- und Compliance-Leitfaden und die Global-Sales-Partner-Compliance-Fallstudie dokumentieren den Ansatz von TPS für compliance-getriebene Projekte.
5. RFQ-Checkliste für SPS-Schaltschrank-Netzteile
Um Angebotserstellung und Bewertung für industrial power supply solutions zu beschleunigen, geben Sie bei Ihrer RFQ-Anfrage die folgenden Informationen an:
- Leistung und Ausgangsspannung: Erforderliche Dauerlast (Summe aller 24V-DC-Lasten mit Gleichzeitigkeitsfaktor) und ob 12V-, 24V- oder 48V-Ausgang erforderlich ist
- Spitzenlastprofil: Amplitude und Dauer induktiver Lastanlaufströme (Magnetventile, Schütze, Motoren)
- Redundanzanforderung: Einzelnes Netzteil oder 1+1 redundante Konfiguration mit Redundanzmodul
- Thermische Schaltschrankbedingungen: Erwartete interne Umgebungstemperatur und Luftstrombeschränkungen für die Derating-Berechnung
- Compliance-Dokumentation: Erforderliche Normen (IEC 61131-2, EN 61010) und Dokumentationsformat für die CE-technische Akte
- Montagekonfiguration: DIN-Schienentyp (TS 35/7.5 oder TS 35/15) und verfügbare Schaltschrankbreite
- Projektumfang: Prototypenmenge, Serienproduktionsvolumen und Lieferplan
Das Engineering-Team von TPS kann Lastberechnung, thermische Derating-Analyse, Redundanzkonfiguration und Compliance-Dokumentationsprüfung als Teil des RFQ-Prozesses unterstützen. Der globale Vertriebspartnerservice deckt den gesamten Weg von der Komponentenauswahl bis zur regionalen Bereitstellung ab.
