Cabinet Condition Monitoring Wächter im Schaltschrank

Autor / Redakteur: Klaus Ebinger* / Anke Geipel-Kern

Bei der Überwachung von Geräten in der Feld- und Leitebene bleiben die Übertragungswege und Schnittstellen meist außen vor. So sind Vor-Ort-Schaltschränke – insbesondere bei älteren Anlagen – heute in vielen Fällen die Achillesferse der Anlagentechnik. Ihr Zustand konnte bisher nur mit großem Aufwand überwacht werden. Mit dem Schaltschrankwächter IMX12-CCM bietet Turck nun eine einfache Möglichkeit für zuverlässiges Cabinet Condition Monitoring – auch bei bestehenden Anlagen einfach nachrüstbar.

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Mit seiner eigensicheren 2-Leiter-Messumformer-Speiseschnittstelle kann der IMX12-CCM im explosionsgefährdeten Bereich eingesetzt werden.
Mit seiner eigensicheren 2-Leiter-Messumformer-Speiseschnittstelle kann der IMX12-CCM im explosionsgefährdeten Bereich eingesetzt werden.
(Bild: Turck; ©vege - stock.adobe.com)

Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit stehen beim Betrieb von Maschinen und Anlagen an erster Stelle – unplanmäßige Stillstände verringern die Rentabilität erheblich. Deshalb ist eine Anlage ohne intelligente Sensorik in der heutigen Zeit kaum mehr zu betreiben. Neben den eigentlichen Prozessparametern werden parallel weitere Informationen an die Leit- bzw. Steuerungsebene weitergegeben. So können beispielsweise Messbereiche im laufenden Betrieb angepasst oder der jeweilige Zustand des Betriebsmittels abgefragt werden. In den letzten Jahren hat sich einiges getan, die Feldinstrumente sind zu wahren Multitalenten gereift.

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Betrachtet man die Ursachen unplanmäßiger Anlagenstillstände, liegt die Ursache of nicht in der Instrumentierung oder der Leittechnik, sondern es sind die Informationswege, Umsetzer und Verbindungsstellen vor Ort, die sich als Schwachstellen herausstellen. Diese Infrastruktur ist meist nicht dazu geeignet, um sie der rauen Umgebungsatmosphäre verfahrenstechnischer Anlagen direkt auszusetzen. Daher befinden sich diese Geräte in Gehäusen, die sie vor Feuchtigkeit, Temperatur und anderen Risiken – beispielsweise mechanischer Beeinflussung – schützen.

Auch der Schaltschrank schützt nicht dauerhaft

Unbeschädigte Schaltschränke schirmen die darin verbauten Geräte gut gegen äußere Einflussfaktoren ab. Mit zunehmender Betriebsdauer oder auch Beanspruchung kann der Schutz jedoch nachlassen. Dies kann durch mechanische Beschädigungen, durch Alterung der Dichtungsmaterialien, aber auch durch Unachtsamkeit wie beispielsweise unsachgemäßes Verschließen verursacht werden. Sehr häufig sind es schleichende Prozesse, die irgendwann zu einem Ausfall führen und somit auch zu einem kompletten Stillstand der Anlage.

Moderne elektronische Geräte verfügen heute schon über eine eigene Temperaturüberwachung „on board“. Die Messungen erfassen an kritischen Punkten auf den Leiterplatten die Temperaturen. Diese Daten können beispielsweise über moderne Feldbussysteme ausgelesen und weiter verarbeitet werden. Das ist prinzipiell eine gute Möglichkeit, lässt aber wichtige Punkte außer Acht: Nicht jedes Anlagenkonzept baut auf einer Feldbustopologie auf. Zusätzliche Diagnose-Informationen könnten in diesen Fällen nur über zusätzliche Schnittstellen an den Geräten herausgeführt werden. Diesen Aufwand betreiben nur wenige Firmen, somit sind Anlagenteile ohne spezielle Kommunikationstechnik nicht zu überwachen.

Außerdem lässt sich von der Temperatur auf einer Leiterplatte nicht zuverlässig die Temperatur im Schaltschrank herleiten. Dies gilt insbesondere bei größeren Einheiten. Die Messung an einem lokalen Hotspot kann die generelle Temperatur verschleiern. Die Gerätetemperatur gibt also wenig Aufschluss über den Zustand eines Schaltschranks und könnte zu Fehl­interpretationen führen. Darüber hinaus ist die Temperatur allein kein Parameter, von dem sich der allgemeine Schutzgrad eines Gehäuses oder eines Schaltschranks ableiten lässt. Vielmehr müssen zusätzliche Größen, wie etwa Feuchte, Lichteinfall und Position, mit in das Überwachungskonzept eingebunden werden.

Condition Monitoring für den Schaltschrank

Turck hat sich dieser Aufgabe angenommen und ein Gerät entwickelt, das nachträglich in nahezu jedem Schaltschrank oder -kasten installiert werden kann und durch einen simplen Teach-in-Prozess auf die Gegebenheiten vor Ort eingelernt wird. Mit einem einfachen Schaltsignal meldet der neue Schaltschrankwächter IMX12-CCM­ (Cabinet Condition Monitoring) den Schutzgrad des Schaltschranks nach außen. Da das 12 mm breite Gerät auch im Ex-gefährdeten Bereich eingesetzt werden soll, verfügt es über eine eigensichere 2-Leiter-Messumformer-Speiseschnittstelle. Man benötigt maximal vier Drähte und einen freien Platz auf einer DIN-Hutschiene zur Installation und Inbetriebnahme des Wächters. Der Teach-in-Prozess kann ohne Computer oder zusätzliche Hilfsmittel gestartet werden. Für weitere Diagnosemöglichkeiten, etwa um die absoluten Messwerte auszulesen, gibt es eine Hart-Schnittstelle. Neben Interfacetechnik bringt der Schaltschrankwächter gleich mehrere Sensoren mit, die den aktuellen Status der Umgebung erfassen: ein Temperatur-, ein Absolutfeuchte- und ein Triangulationssensor wurden verbaut. So meldet das Gerät selbst eine unverschlossene Tür.

Da Feuchte in geschlossenen Systemen immer wieder ein Problem darstellt, ist ihre kontinuierliche Erfassung ein wichtiges Element des Condition Monitoring. Häufig steigt die Feuchte langsam, aber stetig an, was mittelfristig zu einem Geräteausfall führen kann. Da diese Effekte meist nur über einen langen Zeitraum erkennbar sind, erfasst der IMX12-CCM diese langfristigen Trends, verarbeitet kontinuierlich die Sensordaten und vergleicht sie mit dem eingelernten Gutzustand. Sobald definierte Grenzwerte überschritten werden, gibt der Wächter über einen potenzialfreien Kontakt ein Signal an die Leitebene. Somit hat der Betreiber die Möglichkeit, schnell und zielgerichtet einzugreifen.

Turcks Schaltschrankwächter IMX12-CCM eignet sich dank dieser Features für die dauerhafte Überwachung des Schutzgrads von Vor-Ort-Schutzkästen und Schaltschränken, selbst im Ex-gefährdeten Bereich.

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* Der Autor ist Leiter Produktmanagement Interfacetechnik bei Turck, Mülheim a.d.Ruhr.

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