Schaltschrankwächter trägt Zustandsdaten in die IT-Welt
Prima Klima im IIoT
Für übermäßige Hitzeentwicklung in Schaltschränken gibt es viele Erklärungen. Gefahren durch falsch angeordnete Geräte oder ungünstige Belüftung können Konstrukteure oft im Vorfeld minimieren, doch bei externen Einflüssen und Geräteanomalien ist spezifisches Condition Monitoring gefragt. Wer Sensordaten über Ethernet im IIoT verarbeiten will, findet nun eine smarte Lösung in Turcks Schaltschrankwächter IM18-CCM.
Bild: Hans Turck GmbH & Co. KGImmer leistungsfähigere Geräte auf kleinerem Raum zeugen von technischem Fortschritt. Für den Schaltschrank bedeutet die kompakte Bauform moderner Geräte entweder ein geringeres Außenmaß, oder es passt eine höhere Anzahl elektronischer Komponenten in ihn hinein. Doch jede Innovation hat ihre Kehrseite. In diesem Fall für all jene, die bei fortschreitender Miniaturisierung der Technik mögliche Begleiteffekte wie die Wärmeentwicklung im Blick behalten müssen. Besonders in Schaltschränken können erhöhte oder unregelmäßige Temperaturverhältnisse zu Leistungsverlust oder gar dem Ausfall einzelner Geräte führen. Umso wichtiger werden neben der geeigneten Geräteanordnung smarte Lösungen für Condition Monitoring - wie der IM18-CCM, Turcks neustem Klimawächter und Türsteher im Kompaktformat, der die Zustandsüberwachung via Ethernet sogar in die IT-Welt bringt.
Bild: Hans Turck GmbH & Co. KGRücksicht nehmen auf elektronische 'Sensibelchen'
Mit einer höheren Geräte- bzw. Energiedichte im Schaltschrank vermehrt sich unweigerlich auch die Verlustleistung. Gemeint ist der Teil des aufgenommenen Stroms, der nicht prozessrelevant abgegeben wird, sondern bei elektronischen Geräten in Form von Wärme. Sind die Komponenten eines Schaltschranks dann so angeordnet, dass sich Hotspots (Wärmenester) bilden oder kaum kühle Luft strömen kann, entstehen gleich mehrere Risiken: Präzise Messgeräte werden gegebenenfalls ungenau, Komponenten haben eine geringere Lebensdauer oder fallen schlimmstenfalls dauerhaft aus. Besonders hitzeanfällig sind komplexe Systeme wie Steuerungen. Die meisten SPSen haben eine maximale Betriebsumgebungstemperatur von 55°C. Diese liegt gerade einmal 15°C über dem 'Wohlfühlklima' vieler Schaltschränke.
Bild: Hans Turck GmbH & Co. KGAnomalien erkennen, bevor es zu spät ist
Schon beim Bestücken eines Schaltschranks lassen sich wärmeinduzierte Risiken auf ein gewisses Maß reduzieren. Geräte in Blöcken von moderater Größe zusammenfassen, Luftbarrieren durch ungünstig verlegte Kabel oder Kabelkanäle vermeiden und wärmesensitive Komponenten möglichst weit unten einbauen - mit solchen Strategien schaffen Anwender gute Voraussetzungen. Trotz optimaler Topologie oder gar der Ventilation mithilfe von Klimaanlagen ist es aber sinnvoll, die klimatischen Verhältnisse im Schaltschrank permanent elektronisch zu überwachen. So bemerken Instandhalter frühzeitig Anomalien, um Fehlfunktionen zuvorzukommen - speziell, wenn Geräte in weiter entfernten Schaltkästen untergebracht sind. Das trifft zum Beispiel auf Außenbereiche zu, wo Witterung als externer Faktor hinzukommt.
Drei-in-eins-Überwachung auf der Hutschiene
Als einfach ergänzbare Condition-Monitoring-Lösung hat Turck vor einigen Jahren die Schaltschrankwächter IM12-CCM und IMX12-CCM (mit Ex-Zulassung) ins Programm genommen. Die Kompaktgeräte werden auf der Hutschiene montiert und verfügen 'on-board' über drei Sensoren zum Überwachen von Temperatur, Luftfeuchtigkeit und dem Türabstand. Über eine parametrierbare Grenzwertbildung sendet der IM(X)12 genau dann ein Signal, wenn definierte Werte über- bzw. unterschritten werden. Konkret hieße das etwa: Ein Gerät ist überhitzt, im Schaltschrank bildet sich Tau, oder die Tür wurde nicht ordnungsgemäß verschlossen. Der IM12-CCM besitzt einen internen Datenlogger mit Zeitstempel und speichert Daten bis zu zwei Jahren. So können Anwender schleichende Veränderungen auch über längere Zeiträume erkennen und die Ursache beheben. Über eine Schnittstelle lassen sich zwei Schaltschrankwächter im Master-Slave-Mode betreiben, um den Türschluss und die anderen Grenzwerte gleichzeitig an zwei Punkten im Schaltschrank zu überwachen. Der Master verarbeitet die Daten des Slaves und sendet ein Signal an die Steuerung. Standardmäßig verfügt der IM12-CCM über zwei Schaltkontakte sowie eine IO-Link-Schnittstelle. Im Quick-Teach-Modus kann der Anwender die Grenzwerte vor Ort ganz einfach einstellen. Alternativ ist eine Parametrierung über IO-Link oder ein FDT-Framework wie PACTware möglich. Den Türstatus sollten Unternehmen übrigens nicht nur hinsichtlich Temperatur und Luftfeuchtigkeit kontrollieren. Allen voran in sogenannten 'Kritischen Infrastrukturen' (KRITIS) wie der Strom- und Wasserversorgung müssen digitale Systeme zuverlässig und nachvollziehbar vor unbefugtem Zugriff geschützt werden. So sieht es das IT-Sicherheitsgesetz vor. Hier zeichnen sich die CCM-Geräte mit ihren sicheren Kontrollfunktionen aus. Ohne großen Aufwand machen die Geräte jeden Schaltschrank fit für den Einsatz in Kritischen Infrastrukturen.
Bild: Hans Turck GmbH & Co. KGDer nächste Schritt: Fabrikebene und IT-Welt verbinden
Um die Zustandsüberwachung von Schaltschränken nicht nur vor Ort darstellen zu können, sondern die Daten auch in die IT-Welt zu übertragen, geht Turck mit dem IM18-CCM nun den nächsten Schritt. Über seine Ethernet-Schnittstelle liefert das 18 mm schmale Gerät die Messwerte der Sensoren an übergeordnete Systeme. Dieser Weg führt theoretisch bis in die Cloud, die dem Wartungspersonal auch per mobilem Endgerät jederzeit Zugriff auf aktuelle Klimadaten ermöglicht. So verschwindet allmählich die Grenze zwischen operativer Ebene und IT-Infrastruktur. Das bedeutet: Anwender können Daten aus der Fabrikebene vom Schreibtisch aus analysieren. Erweiterte Möglichkeiten bieten sich Anlagenbauern und Anwendern aber nicht nur beim Daten-Output. Auch beim Einsammeln von Messwerten besteht größerer Spielraum. Via RS485 (Modbus RTU oder CAN) können am IM18-CCM bei Bedarf zusätzlich zu den drei verbauten Sensoren externe Geräte wie etwa Vibrationssensoren angebunden werden. Für ein ideales Temperaturbild eines Schaltschranks ließen sich zum Beispiel auch mehrere Temperatursensoren so effizient auf unterschiedliche Positionen verteilen, dass keine weiteren Schaltschrankwächter erforderlich wären. Oftmals genügen schon die Daten dreier Temperatursensoren, um selbst in großen Schränken einen akkuraten Gesamteindruck zu erhalten.
Bild: Hans Turck GmbH & Co. KGFreiraum für individuelle Applikationen
Condition-Monitoring-Aufgaben sind so individuell wie die Softwarelösungen vieler Anlagenbauer oder Anwender. Daher erlaubt der IM18-CCM auf seiner offenen Linux-Plattform die Installation kundenspezifischer Anwendungen. Das gibt Programmierern die Möglichkeit, bestimmte Routinen in das Gerät einzuspeisen, damit es beispielsweise einen Taupunkt erkennt oder natürliche Temperaturanstiege zu Beginn der Sommermonate berücksichtigt. Ebenso will mancher Nutzer vielleicht seinen eigenen Cloud-Connector hochladen - die Visualisierung von Trends oder der Versand eines Alarms finden dann im übergeordneten System statt.
Ausblick: Mehr Schnittstellen, mehr Speicherplatz
Temperatur, Luftfeuchtigkeit, aber auch die Sicherheit von Schaltschränken sind Größen, die in jedem Anlagenkonzept eine wichtige Rolle spielen sollten. Mit dem richtigen Gerätelayout und geschickter Ventilation schaffen Konstrukteure die Basis für eine hohe Verfügbarkeit der elektronischen Komponenten. Begleitend stehen mit Schaltschrankwächtern kompakte Condition-Monitoring-Werkzeuge bereit, um allzeit über kritische Messwerte informiert zu sein. Nach den bewährten Geräten der IM12-Serie hat Turck jetzt mit dem IM18-CCM die Brücke ins IIoT geschlagen und zudem Freiraum für maßgeschneiderte Kundenlösungen berücksichtigt. Wer sich obendrein mehr Schnittstellenvielfalt wünscht, wird noch in diesem Jahr auf eine zweite Geräteversion zurückgreifen können. Diese bietet einen weiteren Ethernet-Eingang sowie Universal-I/Os, einen USB-Host und zusätzlichen Speicherplatz.
Whitepaper: Hotspots im Schaltschrank vermeiden
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Für übermäßige Hitzeentwicklung in Schaltschränken gibt es viele Erklärungen. Gefahren durch falsch angeordnete Geräte oder ungünstige Belüftung können Konstrukteure oft im Vorfeld minimieren, doch bei externen Einflüssen und Geräteanomalien ist spezifisches Condition Monitoring gefragt. Wer Sensordaten über Ethernet im IIoT verarbeiten will, findet nun eine smarte Lösung in Turcks Schaltschrankwächter IM18-CCM.
Bild: Hans Turck GmbH & Co. KGImmer leistungsfähigere Geräte auf kleinerem Raum zeugen von technischem Fortschritt. Für den Schaltschrank bedeutet die kompakte Bauform moderner Geräte entweder ein geringeres Außenmaß, oder es passt eine höhere Anzahl elektronischer Komponenten in ihn hinein. Doch jede Innovation hat ihre Kehrseite. In diesem Fall für all jene, die bei fortschreitender Miniaturisierung der Technik mögliche Begleiteffekte wie die Wärmeentwicklung im Blick behalten müssen. Besonders in Schaltschränken können erhöhte oder unregelmäßige Temperaturverhältnisse zu Leistungsverlust oder gar dem Ausfall einzelner Geräte führen. Umso wichtiger werden neben der geeigneten Geräteanordnung smarte Lösungen für Condition Monitoring - wie der IM18-CCM, Turcks neustem Klimawächter und Türsteher im Kompaktformat, der die Zustandsüberwachung via Ethernet sogar in die IT-Welt bringt.
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Hans Turck GmbH & Co. KG
Dieser Artikel erschien in SCHALTSCHRANKBAU 7 (November) 2020 - 12.11.20.Für weitere Artikel besuchen Sie www.schaltschrankbau-magazin.de
