Monitoraggio del quadro elettrico Proteggere e monitorare i componenti
Use Case
Nel contesto industriale non si può fare a meno dei quadri elettrici. Svolgono le più svariate funzioni: sono lo spazio dove vengono installati i componenti proteggendoli così da sporco, polvere e umidità. Inoltre provvedono alla dissipazione del calore, alla schermatura EMV e alla protezione dal contatto accidentale.
Con linstallazione si proteggono i componenti contenuti da fattori esterni che potrebbero causare danni o guasti.
Situazione iniziale
Se non si effettua il monitoraggio del quadro elettrico in termini di temperatura, umidità e carico di alimentazione, si possono verificare guasti operativi. In assenza di una visualizzazione dei dati in tempo reale, non sarà possibile trarre conclusioni sullo stato di funzionamento. Di conseguenza, i malfunzionamenti verranno rilevati in ritardo o solo in caso di un fermo macchina. Inoltre, non sarà possibile ottimizzare la gestione del calore, il consumo di energia o il raffreddamento.
Obiettivo del progetto
Manutenzione predittiva e preventiva orientata alle reali condizioni
Per garantire il corretto funzionamento di un quadro elettrico, è utile effettuare il monitoraggio di
ricorrendo a sensori di ifm e moneo. Qui di seguito puoi scoprire come vengono implementati.
1. Monitoraggio di umidità e temperatura
Lumidità relativa è un fattore determinante allinterno di un quadro elettrico. L'umidità può penetrare nell'armadio di comando a causa di precipitazioni, umidità ambientale e altre cause e danneggiare i componenti. Monitorando costantemente l'umidità relativa nel quadro elettrico è possibile rilevare per tempo tale fenomeno e prevenire danni conseguenti, come corrosione o cortocircuiti. L'obiettivo dovrebbe essere quello di ottenere un'umidità relativa compresa tra il 20% e il 60%.
Anche la temperatura è un fattore importante. Una temperatura interna di massimo 35°C è ritenuta ideale. Una temperatura più elevata influisce negativamente sulla vita utile dei componenti, mentre una temperatura troppo bassa non è efficiente e comporta costi più elevati, poiché è necessaria una maggiore capacità di raffreddamento.
Realizzazione
Per consentire il monitoraggio, moneo è stato installato su un server centrale ed è stato attivato il modulo moneo RTM.
Per il monitoraggio è stato installato un sensore IO-Link LDH292 di ifm che misura la temperatura e lumidità relativa allinterno e allesterno del quadro elettrico. In questo modo è possibile tenere conto degli effetti della temperatura ambiente. Entrambi i sensori sono collegati tramite un master IO-Link IoT (es. AL1350 o AL1950). I dati vengono trasferiti al modulo centrale moneo RTM tramite la porta IoT del master una volta al secondo.
Oltre alla temperatura, il sensore LDH292 monitora anche l'umidità relativa come valore di processo e la fornisce in percentuale.
In base alle schede tecniche dei dispositivi installati nel quadro elettrico vengono definiti i valori di soglia corrispondenti per questa applicazione.
Panoramica del sistema
- Sensore di temperatura e umidità dellaria all'interno del quadro elettrico (LDH292)
- Sensore di temperatura e umidità dellaria allesterno del quadro elettrico (LDH292)
- Master IO-Link (es. AL1350)
Dashboard
2. Monitoraggio della temperatura di punti surriscaldati
Nonostante la misurazione della temperatura nel quadro elettrico, è possibile che al suo interno si presentino punti surriscaldati sui componenti sui quali si registrano parzialmente temperature elevate. In genere, questi punti si trovano nell'elettronica di potenza, come convertitori di frequenza, servoazionamenti o trasformatori.
Questi punti surriscaldati sui singoli componenti hanno un effetto negativo sulla vita utile dei componenti stessi. Le temperature elevate, ad esempio, possono provocare un'essiccazione più rapida dei condensatori elettrolitici, portando così a un guasto dell'intero impianto.
Non sempre questi punti surriscaldati possono essere evitati apportando modifiche strutturali o con un raffreddamento attivo. Per questo motivo è buona norma rilevare la temperatura direttamente sui componenti e registrare le ore di esercizio in base alla temperatura. In questo modo è possibile sostituire o sottoporre a manutenzione preventiva il componente prima che si verifichi un guasto.
Realizzazione
moneo è stato installato su un server centrale ed è stato attivato il modulo moneo RTM.
Per monitorare il quadro elettrico è stato installato un sensore IO-Link LDH292 di ifm che misua lumidità relativa e la temperatura allinterno del quadro elettrico. Un ulteriore sensore di temperatura piatto (TS2229) è stato installato direttamente sul trasformatore per monitorare la temperatura. Mediante un amplificatore di controllo (TP3231) il segnale analogico della temperatura viene convertito in un segnale IO-Link.
Entrambi i sensori sono collegati tramite un master IO-Link (AL1350). I dati vengono trasferiti al modulo centrale moneo RTM tramite la porta IoT del master una volta al secondo. Inoltre, il sensore di temperatura è collegato direttamente a un contatore che conta le ore di esercizio in funzione della temperatura: il conteggio è più rapido a temperature più alte e più lento a temperature più basse.
Panoramica del sistema
- Sensore di temperatura e umidità dellaria (LDH292)
- Amplificatore di controllo (TP3231) + sensore piatto (TS2229)
- Master IO-Link (es. AL1350)
Dashboard
3. Monitoraggio dell'alimentazione a 24V
Per i quadri elettrici in generale e in particolare per quelli utilizzati allesterno va prestata particolare attenzione al monitoraggio dellalimentazione elettrica. Normalmente le alimentazioni a 24V vengono trascurate nel monitoraggio. Questi circuiti sono protetti da semplici fusibili di sicurezza o non sono protetti affatto.
Senza fusibili di protezione si corre il rischio di sovraccarico dellalimentatore che, nel peggiore dei casi, può causare un incendio nel quadro elettrico.
Realizzazione
Per monitorare lalimentazione a 24V, sono stati installati fusibili elettronici con IO-Link, formati da un modulo di alimentazione (DF2101) e da moduli fusibili (ad es. DF2212 con corrente nominale di 2A). Su un modulo di alimentazione si possono disporre in fila otto moduli fusibili, ognuno dei quali ha due canali. Questo consente di monitorare e proteggere 16 circuiti elettrici con una corrente complessiva di 40A.
Tramite la comunicazione IO-Link vengono trasmesse continuamente le informazioni attuali dei moduli fusibili, tra cui:
- corrente nominale attuale
- tensione di uscita
- stato attuale del dispositivo: cortocircuito, sovraccarico, sottotensione
Ogni modulo di alimentazione è collegato tramite un master IO-Link IoT (es. AL1350 o AL1950). I dati vengono trasferiti al modulo centrale moneo RTM tramite la porta IoT del master una volta al secondo.
Quando un canale del modulo fusibili viene attivato, questa informazione viene trasmessa attraverso lo stato del dispositivo. Questo stato può essere analizzato tramite moneo RTM e si può generare automaticamente un messaggio. Il messaggio può informare i responsabili del settore circa lattivazione del fusibile con vari mezzi, tra cui la posta elettronica.
Inoltre, direttamente sul rispettivo modulo fusibile viene visualizzato lo stato attuale da un pulsante LED (verde = funzionamento regolare, rosso = attivazione per cortocircuito o sovraccarico). Ciò fornisce un supporto nella ricerca di errori e indica quale è il canale interessato. Il fusibile può essere riattivato direttamente con il pulsante.
Panoramica del sistema
- Modulo di alimentazione e fusibile elettronico (DF2101 + ad es. DF2212)
- Master IO-Link (es. AL1350)
Dashboard
Risultato
Il monitoraggio dei quadri elettrici con sensori e moneo RTM offre pertanto numerosi vantaggi in diverse applicazioni:
- Gli errori possono essere prontamente rilevati e segnalati da allarmi.
- I costi energetici possono essere ridotti ottimizzando il raffreddamento o riscaldamento e la vita utile dei componenti del quadro elettrico si può allungare con una temperatura ambiente ottimale.
- Si evitano danni e tempi di fermo imprevisti dovuti allumidità e alle escursioni termiche nel quadro elettrico. È garantito un monitoraggio continuo dell'alimentazione.
