Schakelkast, klimaat en IIoT

Bewaking van het klimaat in schakelkasten

Optimale montage en intelligente conditiebewaking voorkomen temperatuurschade in de schakelkast – Turck’s slimme schakelkastbewaking IM18-CCM stuurt voor het eerst statusgegevens direct naar de IT-wereld.

Er zijn veel oorzaken voor overmatige warmteontwikkeling in schakelkasten. Gevaren door verkeerd geplaatste apparaten of ongunstige ventilatie kunnen vaak vooraf door de ontwerper worden geminimaliseerd, maar specifieke conditiebewaking is vereist in het geval van externe invloeden en apparaten die afwijkingen vertonen. Iedereen die sensordata via Ethernet in de IIoT wil verwerken, vindt nu een slimme oplossing in Turck’s IM18-CCM schakelkastbewaking.

Vol
Steeds krachtigere apparaten in een kleinere ruimte zijn het bewijs van technische vooruitgang. Voor de schakelkast betekent het compacte ontwerp van moderne apparaten dat deze kleiner kunnen zijn, ofwel dat er een groter aantal elektronische componenten in passen. Elke innovatie heeft echter zijn keerzijde. In dit geval voor al diegenen die mogelijke neveneffecten in de gaten moeten houden, zoals de warmteontwikkeling met de voortschrijdende miniaturisering van technologie. Vooral in schakelkasten kunnen verhoogde of onregelmatige temperatuuromstandigheden leiden tot prestatieverlies of zelfs het uitvallen van individuele apparaten.

Naast de juiste apparaatindeling zijn slimme oplossingen voor conditiebewaking – zoals de IM18-CCM, Turck’s nieuwste klimaatmonitor en deurbewaker in compact formaat, die zelfs conditiebewaking via Ethernet in de IT-wereld brengt – des te belangrijker.

Houd rekening met elektronische gevoelige mensen
Bij een hogere apparaat- of energiedichtheid in de schakelkast neemt ook het vermogensverlies onvermijdelijk toe. Hiermee wordt bedoeld dat deel van de verbruikte elektriciteit dat niet procesrelevant wordt afgegeven, maar in de vorm van warmte in elektronische apparaten. Als de componenten van een schakelkast zo zijn gerangschikt dat er hotspots ontstaan of dat er nauwelijks koele lucht kan stromen, ontstaan er meerdere risico’s tegelijk: Precisie meetinstrumenten kunnen onnauwkeurig worden, componenten hebben een kortere levensduur of kunnen in het ergste geval permanent uitvallen. Complexe systemen zoals besturingen zijn bijzonder gevoelig voor oververhitting. De meeste PLC’s hebben een maximale bedrijfsomgevingstemperatuur van 55 °C. Dit is slechts 15 °C boven het feel-good klimaat van veel schakelkasten.

Spoor afwijkingen op voordat het te laat is
Zelfs bij het uitrusten van een schakelkast kunnen door warmte veroorzaakte risico’s tot op zekere hoogte worden verminderd. Apparaten combineren in blokken van middelmatige grootte, luchtbarrières vermijden door slecht geplaatste kabels of kabelgoten en warmtegevoelige componenten zo laag mogelijk te installeren – met dergelijke strategieën creëren gebruikers goede omstandigheden. Ondanks de optimale topologie of zelfs ventilatie met behulp van airconditioningsystemen, is het zinvol om de klimatologische omstandigheden in de schakelkast continu elektronisch te bewaken. Onderhoudsmonteurs merken afwijkingen in een vroeg stadium op om op storingen te anticiperen – zeker wanneer apparaten in verder weg gelegen schakelkasten zijn ondergebracht. Dit geldt bijvoorbeeld voor buitenruimtes waar het weer een externe factor is.

Drie-in-één bewaking op de DIN-rail
Enkele jaren geleden heeft Turck de schakelkastmonitoren IM12-CCM en IMX12-CCM (met Ex-goedkeuring) aan haar assortiment toegevoegd als een conditiebewakingsoplossing die eenvoudig kan worden uitgebreid. De compacte apparaten zijn op de DIN-rail gemonteerd en hebben drie ingebouwde sensoren voor het bewaken van temperatuur, luchtvochtigheid en of de deur open staat. De IM (X) 12 verstuurt uitgaande van parametreerbare grenswaarden een alarm wanneer bepaalde waarden worden overschreden of niet worden bereikt. Concreet zou dit bijvoorbeeld betekenen: een apparaat is oververhit, dauw vormt zich in de schakelkast of de deur is niet goed gesloten.
De IM12-CCM heeft een interne datalogger met tijdstempel en bewaart gegevens tot twee jaar. Op deze manier kunnen gebruikers sluipende veranderingen zelfs gedurende lange perioden herkennen en de oorzaak wegnemen. Via een interface kunnen twee schakelkastmonitors in master-slavemodus worden bediend om de deursluiting en de overige grenswaarden op twee punten in de schakelkast tegelijkertijd te bewaken. De master verwerkt de gegevens van de slave en stuurt een signaal naar de controller. De IM12-CCM heeft standaard twee schakelcontacten en een IO-Link interface. In de Quick Teach-modus kan de gebruiker de grenswaarden eenvoudig ter plaatse instellen. Als alternatief is parametrering via IO-Link of een FDT-framework zoals PACTware mogelijk.
Bedrijven moeten overigens niet alleen de deurstatus controleren op temperatuur en vochtigheid. Vooral in zogenaamde kritische infrastructuren, zoals elektriciteits- en watervoorziening, moeten digitale systemen betrouwbaar en transparant worden beschermd tegen ongeoorloofde toegang. Dit is waar de CCM-apparaten van Turck scoren met hun veilige bedieningsfuncties. De apparaten maken elke schakelkast met weinig moeite geschikt voor gebruik in kritische infrastructuren.

De volgende stap: verbind het fabrieksniveau en de IT-wereld
Turck zet nu de volgende stap met de IM18-CCM om niet alleen de conditiebewaking van schakelkasten op locatie te kunnen tonen, maar ook om de data over te dragen naar de IT-wereld. Het 18 mm brede apparaat levert de meetwaarden van de sensoren via zijn Ethernet-interface aan systemen van hoger niveau. Theoretisch leidt dit pad naar de cloud, waardoor onderhoudspersoneel op elk moment via mobiele apparaten toegang heeft tot actuele klimaatgegevens. De grens tussen het operationele niveau en de IT-infrastructuur verdwijnt langzamerhand. Dit betekent: gebruikers kunnen vanaf hun bureau gegevens van het fabrieksniveau analyseren.
Plantenbouwers en gebruikers zijn niet beperkt tot gegevensuitvoer. Ook bij het verzamelen van meetwaarden is er meer speelruimte. Indien nodig kunnen naast de drie ingebouwde sensoren ook externe apparaten zoals trillingssensoren via RS485 (Modbus RTU of CAN) op de IM18-CCM worden aangesloten. Voor een ideaal temperatuurbeeld van bijvoorbeeld een schakelkast kunnen meerdere temperatuursensoren over verschillende posities worden verdeeld. Vaak zijn de gegevens van drie temperatuursensoren voldoende om zelfs in grote kasten een nauwkeurige algemene indruk te krijgen.

Vrijheid voor individuele toepassingen
Conditiebewakingstaken zijn net zo individueel als de softwareoplossingen van veel machinebouwers of gebruikers. Daarom maakt de IM18-CCM de installatie van klantspecifieke applicaties op zijn open Linux-platform mogelijk. Dit geeft programmeurs de mogelijkheid om bepaalde routines in het apparaat in te voeren, zodat het bijvoorbeeld een dauwpunt kan herkennen of rekening kan houden met natuurlijke temperatuurstijgingen aan het begin van de zomermaanden. Sommige gebruikers willen misschien ook hun eigen cloud-connector uploaden – de visualisatie van trends of het verzenden van een alarm vindt dan plaats in het hogere systeem.

Outlook: meer interfaces, meer opslagruimte
Temperatuur, luchtvochtigheid, maar ook de veiligheid van schakelkasten zijn variabelen die in elk systeemconcept een belangrijke rol zouden moeten spelen. Met de juiste apparaat-lay-out en bekwame ventilatie creëren ontwerpers de basis voor een hoge beschikbaarheid van elektronische componenten. Daarnaast zijn er compacte condition monitoring tools verkrijgbaar met schakelkastmonitoren zodat u altijd op de hoogte bent van kritische meetwaarden.
In navolging van de beproefde apparaten uit de IM12-serie, heeft Turck nu met de IM18-CCM een brug naar het IIoT gebouwd en ook rekening gehouden met de mogelijkheden voor klantspecifieke oplossingen. Wie ook meer verschillende interfaces wil, kan dit jaar terugvallen op een tweede apparaatversie. Dit biedt een extra Ethernet-ingang en universele I/O’s, een USB-host en extra opslagruimte.

Auteur: Klaus Ebinger, hoofd Product Management Interface Technology bij Turck

Leer meer over het slimme ontwerp van de schakelkast – met vijf strategieën om gevaren te minimaliseren en energie te besparen in ventilatie of airconditioning. Lees de Whitepaper.