Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit stehen beim Betrieb von Maschinen und Anlagen an erster Stelle – außerplanmäßige Stillstände verringern die Rentabilität. 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- beziehungsweise Steuerungsebene weitergegeben. So können beispielsweise Messbereiche im laufenden Betrieb angepasst oder der jeweilige Zustand des Betriebsmittels abgefragt werden. Diese Möglichkeit bietet Vorteile und erhöht die Verfügbarkeit. In den vergangenen Jahren hat sich hier einiges getan, die Feldinstrumente sind zu wahren Multitalenten gereift.
Betrachtet man die Ursachen außerplanmäßiger Anlagenstillstände, stellt man fest, dass oft nicht Fehler in der Instrumentierung oder der Leittechnik den Produktionsprozess stoppen, sondern die Verbindungen zwischen den Ebenen. Es sind die Informationswege, Umsetzer und Verbindungsstellen vor Ort, die sich in der Analyse als Schwachstellen herausstellen. Diese Infrastruktur ist meist nicht dazu geeignet, um sie der rauen Umgebungsatmosphäre, wie sie in verfahrenstechnischen Anlagen sehr häufig vorkommt, direkt auszusetzen. Daher befinden sich diese Geräte in Gehäusen, die sie vor Feuchtigkeit, Temperatur und anderen Risiken – beispielsweise mechanischer Beeinflussung – schützen.
Schutz nicht dauerhaft
Solange der Schaltschrank keine Mängel aufweist, sind die darin verbauten Geräte gegen die äußeren Einflussfaktoren abgeschirmt. Mit zunehmender Betriebsdauer oder 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. Häufig sind es schleichende Prozesse, die irgendwann zu einem Ausfall der in den Schaltschränken verbauten Geräte führen und somit 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 weiterverarbeitet werden. Das ist prinzipiell eine gute Möglichkeit, lässt aber einige 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 aber 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, um einen optimalen und zuverlässigen Betrieb gewährleisten zu können.
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 Schaltschrankwächter IMX12-CCM (Cabinet Condition Monitoring) jeweils den Schutzgrad des Schaltschranks nach außen. Da das 12 mm breite Gerät auch im explosionsgefährdeten Bereich eingesetzt werden soll, verfügt es über eine eigensichere 2-Leiter-Messumformer-Speiseschnittstelle. Somit werden maximal vier Drähte und ein freier Platz auf einer DIN-Hutschiene benötigt, um das IMX12-CCM installieren und in Betrieb nehmen zu können. Der Teach-in-Prozess kann ohne Computer oder zusätzliche Hilfsmittel gestartet werden. Für weitere Diagnosemöglichkeiten, etwa um die absoluten Messwerte auszulesen, steht die standardisierte Hart-Schnittstelle zur Verfügung.
Neben der Interfacetechnik bringt Turcks Schaltschrankwächter gleich mehrere Sensoren mit, die den aktuellen Status der Umgebung erfassen: ein Temperatur-, ein Absolutfeuchte- und ein Triangulationssensor wurden im IMX12-CCM verbaut. Letzterer erfasst hochpräzise den Abstand zum Deckel oder zur Tür. Sollte die Tür nicht richtig verschlossen werden, meldet das Gerät dies und der Betreiber kann gezielt den Fehlerzustand direkt beseitigen.
Da Feuchte in geschlossenen Systemen immer wieder ein Problem darstellt, ist ihr kontinuierliches Erfassen ein wichtiges Element des Condition Monitoring. Gründe für Feuchtigkeit können etwa Dichtungen sein, die durch Umgebungseinflüsse porös und undicht geworden sind, oder auch defekte Lüftungssysteme. Häufig steigt die Feuchte langsam aber stetig an, was mittelfristig zu einem Geräteausfall führen kann. Diese Effekte sind meist nur über einen langen Zeitraum erkennbar. Um die langfristigen Trends zu erfassen, verarbeitet der IMX12-CCM kontinuierlich die aufgenommen Daten der Sensoren und vergleicht sie mit dem eingelernten Gutzustand. Sobald definierte Grenzwerte überschritten werden, erfolgt die Signalisierung über einen potenzialfreien Kontakt an die Leitebene. Somit besteht die Möglichkeit, schnell und zielgerichtet einzugreifen.
Nachrüstung in bestehenden Anlagen
Turcks Schaltschrankwächter eignet sich für die dauerhafte Überwachung des Schutzgrads von Vor-Ort-Schutzkästen und Schaltschränken, selbst im explosionsgefährdeten Bereich. Die einfache Montage und Einbindung in die bestehende Topologie ermöglicht den Einsatz nicht nur bei Neuinstallationen, sondern bietet sich auch für bestehende Anlagenteile an. Zusätzliche Verkabelung ist in der Regel nicht erforderlich, da die vorhandene Signalreserve genutzt werden kann. Das Zusammenführen verschiedener Parameter in einem Gerät – Türschluss, Feuchte und Temperatur – ermöglicht eine Überwachung und sichert auf diese Weise die Verfügbarkeit einer Anlage. Der CCM-Multifunktionssensor lernt sich selbsttätig auf die Gegebenheiten vor Ort ein. Eine aufwendige Programmierung ist für den Normalbetrieb nicht notwendig. Eine weiterführende Diagnose kann über die Hart-Schnittstelle abgerufen werden.
