Unterbrechungsfreie Stromversorgungen (USV)

Centro Astronomico Hispano Aleman, 16.05.2003
Wolfgang Müller

1. Allgemeines

Unser Observatorium bezieht seine elektrische Energie von einem Kraftwerk nahe bei Almeria. Bei einer Unterbrechung dieser Versorgung ist mittels USV (Unterbrechungsfreie Strom-Versorgung) und einem Dieselgenerator dafür gesorgt, dass störungfrei an allen Teleskopen weiterbeobachtet werden kann. Dies wird erreicht indem bei einem Netzausfall folgendes abläuft:

  1. Die USV übernimmt die Versorgung von Teleskop, Instrumentation und Rechnersysteme.
  2. Während dieser Zeit (ca. 1 bis 3 Min.) startet der Dieselgenerator.
  3. Hat der Dieselgenerator die Sollspannung erreicht, werden die USV entlastet und der Generator übernimmt die Versorgung vom ganzen Observatorium.
  4. Kehrt die Netzspannung zurück, übernehmen die USVs die Last, bis der Dieselgenerator stoppt und auf Netz geschaltet wird.

Jedes Teleskop hat drei getrennte Netze.

Zwei davon werden von USV-Systemen gespeist, von denen das Eine die Elektronik (Teleskopsteuerung, Instrumente und Rechnersysteme) versorgt. Das Andere ist an Elektromotoren wie z.B. die Teleskophydraulik angeschlossen.

Das dritte Netz speist alle Haustechnischen Anlagen. Damit wird erreicht, dass Störungen von elektromechanischen Geräten nicht auf Teleskopelektronik, Instrumente und Rechner übergreifen können (EMV) und der Beobachtungsbvetrieb ohne Unterbrechung weiterläuft.

Beispiel 3.5m Teleskop:

Schema Netzverteilung 3.5m Tel.

Um eine Überdimensionierung der USV zu vermeiden, werden die Haupantriebentriebe der Kuppeln (Drehung und Spalt) nicht von ihnen versorgt. Eine Bewegung der Kuppeln ist also in den Umschaltphasen nicht möglich. Dies hat aber praktisch keinen Nachteil, weil diese Pausen meist unter einer Minute liegen.

Wenn ein Teil der Kuppeln ohne Spannung ist, treten Fehlermeldungen auf (Z.B. Endlagenmeldungen), die eigentlich zum Abbruch der Beobachtungen führen müssten. Diese "Falschmeldungen" werden von SPS in der spannunglosen Zeit gepuffert und bei Spannungwiederkehr aktualisiert. Die SPS übernimmt auch das automatische Wiedereinschalten der Kuppeln.

Weitehin werden von den USV die Not-Stopsyteme, Satellitenverbindungen, Wetterstation usw. versorgt.

2. Download der Schaltpläne

Schaltungspläne ansehen oder ausdrucken als:

 USV-Versorgung 3.5m Teleskop

3. Hardware-Beschreibung am Beispiel des 3.5m el.

40KVA-USV 3.5m Tel.

Mit der Instalation von zwei unterbrechungsfreien Stromversorgungen (USV), soll der Beobachtungsbetrieb gegen Spannungssstörungen geschützt werden. Es sind zwei USV im Einsatz, die folgendes versorgen:

Meldungen, die bei einem Spannungsausfall zur Unterbrechung des Beobachtungsbetriebes führen, werden für die Dauer des Ausfalls gespeichert. Dazu dient eine SPS im 2.Stock der Kuppel im DSD-Schrank Feld4.
Folgende Meldungen werden gepuffert:

  1. PRIMSERVICE-BÜHNE nicht in RUHE
  2. S1-BÜHNE NICHT IN RUHE
  3. RÜCKMELDUNG KUPPELHAUPTSCHÜTZ
  4. MAG.-PLATZ-KRAN nicht in RUHE.

Hier eine Übersicht der Verdrahtung der SPS:
Die SPS1 in Feld1 der Kuppelsteuerung kann über den Eingang X1 die Ruhemeldungen erzwingen. Näheres siehe in der Beschreibung "Systembeschreibung Kuppelsteuerung 3.5m Tel."

SPS Pufferung der Signale

Die Verkabelung ist in folgendem Schema sichtbar:

Verdrahtung Not-Stop und

Speziell die Verdrahtung der S1-Hebebühne:

Verdrahtung S1-Hebebühne

Speziell die Verkabelung der Prim-Service_Bühne:

Verdrahtung Prim-Service-Bühne

Die SPS ist im 2. Stock Schrank Feld4 montiert.

SPS Pufferung der Signale

4. Softwarebeschreibung

Pufferung der Meldungen:
Am X-Eingang der SPS (Speicherprogrammierbare Steuerung) liegt die zu speichernde Meldung als L (0V) oder H-Signal (+24V) an.

SPS Pufferung der Signale

Die digitale Eingangsinformation wird in des Register D1 eingelesen und Tsec später in das Register D2 geschoben. Nach 2T erfolgt erneutes Einlesen in D1 usw.. Der Zustand von D2 ist auf den Ausgang Y der SPS geschaltet.
Von den Eingängen X werden die Signale auf die Ausgänge Y geschoben:

SPS Pufferung der Signale

Beispiel:

Im Falle eines Versorgungsspannungsfehlers im Netz wird in das Register D1 der Wert eingelesen, der den Beobachtungsbetrieb unterbrechen würde. Das Weiterschieben in das Register D2 wird jetzt unterbrochen, so dass nur der Zustand in D2 am Ausgang Y ansteht, der vor der Störung vorhanden war.
Wenn die Spannung sich wieder normalisiert hat, beginnt das Einlesen von D1 nach D2 mit 0,5 sec. Verzögerung; damit ist gewährleistet, dass alle elektromechanischen Elemente (Schütze) ihren Arbeitszustand übernommen haben und in D1 die tatsächlichen Werte stehen.
Die Zeit T kann mit dem Zähler C1 eingestellt werden. Der kleinste Wert für T ist 0,01sec. Zur Zeit ist der Wert mit 0,2 sec. Vorgegeben. T soll auf jedenfall grösser sein als die Ansprechverzögerung des Spannungswächters (ca. 0,1sec.).

Die SPS1 in Feld1 der Kuppelsteuerung kann über den Eingang X1 die Ruhemeldungen erzwingen. Näheres siehe in der Beschreibung "Systembeschreibung Kuppelsteuerung 3.5m Tel."

Spannungswächter:
Es sind zwei Spannungswächter in Funktion.
Einer kontrolliert die Spannung der Kuppelsteuerung (U1) der Andere prüft die Spannung direkt an der Hauseinspeisung des Gebäudes, im BBC-Schrank (U2). Mit der Installation von zwei Spannungswächtern wird erreicht, dass unterschieden werden kann ob die Kuppel ausgeschaltet wurde oder generell ein Spannungsfehler der Netz-Versorgung vorliegt.

Überwachung der Spannungswächter:
Ein defekter Spannungswächter der Hauseinspeisung würde bedeuten, dass alle Meldungen gespeichert werden und die Sicherheit des Systemes nicht mehr gewährleistet ist. Deshalb werden die Kontakte der Spannungswächter und des Kuppel-Hauptschützes kontrolliert. Nur wenn die nicht plausiblen Fälle eintreten:

Schalten des Kuppelhauptschützes:
Der Zeissbefehl „Kuppel EIN / AUS“ schaltet im SPS-Programm das Hauptschütz direkt. Wenn der Spannungsausfall in der Kuppel sich nach dem Einschalten von Zeiss ereignet, ist dafür gesorgt, dass bei Spannungswiederkehr der Kuppel-Einschalt-Impuls selbstständig von der SPS erzeugt wird.
Während der Spannungsstörung ist die gesamte Kuppel stromlos und Aktivitäten, wie Torefahren oder Kuppeldrehen können nicht ausgeführt werden. Das ist aber nicht relevant, weil der Ausfall nur ca. 1 Minute dauert, bis das Notstromagregat angesprungen ist.
Aus Sicherheitsgründen wird die Kuppel nur automatisch wieder eingeschaltet, wenn sie zuvor eingeschaltet war. Dauert der Spannungsausfall länger als 10 Minuten, wird die Kuppel nicht wieder von der SPS eingeschaltet.