Schaltschranküberwachung – Komponenten schützen und überwachen
Sicherung der Prozessqualität mit effektiver Schaltschranküberwachung
Ziel des Projekts
Schaltschränke sind aus dem industriellen Umfeld nicht wegzudenken. Sie erfüllen verschiedenste Funktionen: Sie dienen als Montageraum für Komponenten und schützen diese vor Schmutz, Staub und Feuchte. Zudem sorgen sie für die Wärmeabführung, EMV-Abschirmung und Berührungsschutz. Durch den Verbau werden die darin befindlichen Komponenten vor externen Einflüssen geschützt, die zu einer Schädigung oder einem Ausfall führen könnten. Ohne eine kontinuierliche Überwachung des Schaltschranks hinsichtlich Temperatur, Feuchte und Last der Stromversorgung kann es jedoch zu Betriebsausfällen kommen. Fehlt die Visualisierung der Live-Daten, fehlen auch wichtige Rückschlüsse auf den Betriebszustand. Fehlfunktionen werden somit oft erst spät oder beim Maschinenstillstand erkannt. Zudem ist ohne diese Überwachung keine Optimierung des Wärmemanagements oder des Energieverbrauchs der Kühlung möglich.
Um eine reibungslose Funktionsfähigkeit eines Schaltschrankes zu gewährleisten, müssen mehrere Komponenten überwacht werden, wie die Feuchte und Temperatur, eventuelle Hotspots und die 24V-Versorgung. Eine gezielte Überwachung gelingt mit der entsprechenden Sensorik zur Datenerfassung und anschießenden Analyse mit der IIoT-Plattform moneo.
erleichterte Fehlersuche |
schnellere Reaktionszeit |
frühzeitige Alarme |
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Durchschnittlich erreichen Kunden: |
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ca. 450€ Kostenersparnis durch verhinderten Maschinenausfall |
240€ Personalkostenersparnis |
25% schnellere Fehleridentifikation |
Maximale Effizienz und Prozesssicherung: Die Vorteile der Schaltschranküberwachung
Die Überwachung von Schaltschränken mit Sensorik und moneo bietet bei unterschiedlichen Anwendungsfällen zahlreiche Vorteile:
- Rechtzeitige, automatische Alarmierung bei Fehlern: Durch die kontinuierliche Überwachung können Fehler frühzeitig erkannt und automatisch gemeldet werden, was eine schnelle Reaktion ermöglicht.
- Einsparung von Energiekosten: Optimierte Kühl- und Heizsysteme tragen dazu bei, Energiekosten zu senken. Gleichzeitig wird die Lebensdauer der Schaltschrankkomponenten durch eine optimale Umgebungstemperatur verlängert.
- Vermeidung von Schäden und ungeplanten Stillständen: Durch die Überwachung von Feuchtigkeit und Temperaturschwankungen im Schaltschrank können Schäden und ungeplante Stillstände vermieden werden. Eine permanente Leistungsüberwachung stellt sicher, dass der Betrieb reibungslos verläuft.
Insgesamt verbessert die Schaltschranküberwachung die Prozessqualität, optimiert gleichzeitig den Energieverbrauch und führt zu Kosteneinsparungen.
Nutzenversprechen
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ProzessqualitätZustandsorientierte und präventive Wartung von Schaltschränken
Um die reibungslose Funktion eines Schaltschranks zu gewährleisten, ist es notwendig verschiedene Aspekte, die den Zustand des Schaltschranks beeinflussen können, zu überwachen. ifm bietet entsprechende Sensorik für die Erfassung der Daten und die IIoT-Plattform moneo an.
- Überwachung der Feuchte und Temperatur
- Relative Feuchte als zentraler Faktor im Schaltschrank
- Feuchtigkeitseintritt durch Reinigung, Niederschlag oder Umgebungsluft möglich
- Kontinuierliche Feuchtemessung verhindert Korrosion und Kurzschlüsse
- Empfohlener Feuchtebereich: 20–60 %
- Temperatur entscheidend für Betriebssicherheit und Lebensdauer
- Optimale Innentemperatur: max. 35 °C
- Hohe Temperaturen verkürzen die Lebensdauer der Komponenten
- Niedrige Temperaturen verursachen unnötige Kühlkosten
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Temperaturüberwachung von Hotspots
- Hotspots trotz Innentemperaturmessung möglich
- Lokal stark erhöhte Temperaturen an Einzelkomponenten
- Typische Ursachen: Frequenzumrichter, Servoantriebe, Transformatoren
- Folgen: verkürzte Lebensdauer, Austrocknen von Elektrolytkondensatoren, Anlagenstillstände
- Hotspots oft nicht vollständig vermeidbar
- Temperatur direkt an der Komponente erfassen
- Betriebsstunden temperaturabhängig überwachen
- Ziel: frühzeitige Wartung oder Austausch vor dem Ausfall
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Überwachung der 24V-Versorgung
- Stromversorgung als kritischer Sicherheitsfaktor, besonders im Außenbereich
- 24‑V‑Kreise häufig unzureichend überwacht oder nur einfach abgesichert
- Fehlende Absicherung kann zu Netzteilüberlastung führen
- Schlimmster Fall: Brand im Schaltschrank
- Empfehlung: zuverlässige Überwachung aller Stromkreise zur Risikominimierung
Automatisierte Schnittstellenverwaltung beim Schaltschrank
Die integrierte Lösung von ifm Sensorik und moneo Software bietet eine Vielzahl an Möglichkeiten, um die wichtigen Komponenten im Schaltschrank zu überwachen. Erfolgt eine Abweichung oder Grenzwertüberschreitung kann zudem eine automatisierte E-Mail an den verantwortlichen Mitarbeiter ausgesandt werden. Über verschiedene Protokolle können, die in moneo bearbeiteten Daten, an Drittsysteme weitergeleitet werden, unter anderem auch in moneo.
Systemaufbau
- Temperatur- und Luftfeuchtigkeitssensor innerhalb des Schaltschranks (LDH292)
- Temperatur- und Luftfeuchtigkeitssensor außerhalb des Schaltschranks (LDH292)
- IO-Link Master (z.B. AL1350)
Wie Sie Ihren Schaltschrank überwachen
Für eine adäquate Überwachung der Feuchte und Temperatur, Temperatur von Hotspots und der 24V-Versorgung muss zunächst moneo installiert und der moneo IIoT Core aktiviert werden.
Zur Überwachung der Feuchte und Temperatur wird ein ifm IO-Link Multisensor des Typs LDH292 zur Messung der Temperatur und relativen Luftfeuchte innerhalb und außerhalb des Schaltschranks installiert. So können Einflüsse der Umgebungstemperatur mitberücksichtigt werden. Beide Sensoren werden über einen IoT IO-Link Master angeschlossen (z.B. AL1350 oder AL1950). Über den IoT Port des Masters werden die Daten im zentralen moneo sekündlich eingebucht. Da der LDH292 zusätzlich zur Temperatur auch die relative Feuchte in Prozent als Prozesswert mit ausgibt, wird eine Überwachung dieser Messgröße ebenfalls realisiert. Anhand der Datenblätter der installierten Geräte im Schaltschrank, werden die entsprechenden Grenzwerte für diesen Anwendungsfall definiert.
Für die Temperaturüberwachung von Hotspots im Schaltschrank wird zusätzliche ein Temperatur-Anlegefühler (TS2229) direkt am Transformator installiert. Eine Auswerteelektronik (TP3231) wandelt das analoge Temperatursignal in ein IO-Link Signal um. Beide Sensoren sind über einen IO-Link Master angeschlossen (AL1350). Über den IoT-Port des Masters werden die Daten im zentralen moneo sekündlich eingebucht. Der Temperatursensor ist zudem direkt an einen Betriebsstundenzähler gekoppelt. Dieser zählt die Betriebsstunden abhängig von der Temperatur: Bei hoher Temperatur in einer schnelleren bzw. bei niedriger Temperatur in einer langsameren Taktung. Für die Überwachung der 24V-Versorgung im Schaltschrank werden elektronische Sicherungen mit IO-Link verbaut, die aus einem Einspeisemodul (DF2101) und den Sicherungsmodulen (z.B. DF2212 mit 2A Nennstrom) bestehen. An einem Einspeisemodul können bis zu acht Sicherungsmodule angereiht werden, wobei jedes Sicherungsmodul zwei Kanäle hat. Somit ist es möglich, 16 Stromkreise mit einem Gesamtstrom von 40A zu überwachen und abzusichern. Über die IO-Link Kommunikation werden permanent die aktuellen Informationen der Sicherungsmodule übertragen, unter anderem:
- aktueller Nennstrom
- Ausgangsspannung
- aktueller Gerätestatus: Kurzschluss, Überlast, Unterspannung
Die Einspeisemodule sind jeweils über einen IoT IO-Link Master angeschlossen (z.B. AL1350 oder AL1950). Über den IoT Port des Masters werden die Daten in moneo sekündlich eingebucht. Das Auslösen eines Kanals des Sicherungsmoduls wird zum einen über den Gerätestatus übermittelt. Dieser Status kann dann über moneo ausgewertet und eine Meldung automatisiert generiert werden. Unter anderem erfolgt per E-Mail die Bereichsverantwortlichen über das Auslösen der Sicherung informieren. Des Weiteren wird direkt an dem jeweiligen Sicherungsmodul über einen Button mit Status-LED (Grün = fehlerfreier Betrieb, Rot = Auslösung durch Kurzschluss oder Überlast) der aktuelle Zustand visualisiert. Dies unterstützt bei der Fehlersuche und zeigt direkt an, welcher Kanal betroffen ist. Über den Button kann die Sicherung direkt wieder eingeschaltet werden.