Bei einer Betrachtung der Ursachen unplanmäßiger Anlagenstillstände lässt sich oft feststellen, dass nicht ­Fehler in der Instrumentierung oder der Leittechnik den Produktionspro-zess stoppen, sondern die Verbindun-gen 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, der rauen Umgebungsatmosphäre in verfahrenstechnischen Anlagen direkt ausgesetzt zu sein. Daher befinden sich diese Geräte in Gehäusen, die sie vor Feuchtigkeit, Temperaturschwankungen und anderen Risiken wie etwa mechanischer Beeinflussung schützen.

Nur ein temporärer Schutz

Solange der Schaltschrank keine Mängel aufweist, sind die darin verbauten Geräte sehr gut gegen die äußeren Einflussfaktoren abgeschirmt. Mit zunehmender Betriebsdauer oder auch Beanspruchung kann der Schutz jedoch nachlassen – verursacht durch mechanische Beschädigungen, durch Alterung der Dichtungsmaterialien oder auch durch Unachtsamkeit wie beispielsweise unsachgemäßes Verschließen. Sehr häufig sind es schleichende Prozesse, die irgendwann zu einem Ausfall der in den Schaltschränken verbauten Geräte und schlimmstenfalls zu einem kompletten Anlagenstillstand führen.

Auch in gut gefüllten Schalt­kästen lässt sich der Schaltschrankwächter nachträglich installieren. Dabei lernt sich der CCM-Multifunktionssensor (CCM steht für ‚Cabinet Condition Monitoring‘) selbsttätig auf die Gegeben-heiten vor Ort ein.

© Turck

Moderne elektronische Geräte verfügen über eine eigene Temperaturüberwachung ‚on board‘: An kritischen Punkten auf den Leiterplatten erfassen Messungen die Temperaturen. Diese Daten lassen sich beispielsweise über Feldbus-Systeme auslesen und weiterverarbeiten. Prinzipiell eine gute Möglichkeit – aber einige wichtige Punkte bleiben dabei außer Acht, denn nicht jedes Anlagenkonzept baut auf einer Feldbus-Topologie auf. In diesen Fällen ließen sich ergänzende Diagnose-Informationen nur über zusätzliche Schnittstellen an den Geräten herausführen. Diesen Aufwand betreiben aber nur wenige Firmen; Anlagenteile ohne spezielle Kommunikationstechnik sind ergo nicht zu überwachen.

Zudem lässt sich von der Temperatur auf einer Leiterplatte nicht zuverlässig auf die Temperatur im Schaltschrank schließen. Dies gilt insbesondere bei größeren Einheiten. Die Messung an einem lokalen Hotspot kann die generelle Temperatur verschleiern; die Gerätetemperatur gibt nur wenig Aufschluss über den Zustand eines Schaltschranks, was Fehlinterpretationen zur Folge haben kann. 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 zuverlässigen Betrieb ­gewährleisten zu können.

Condition Monitoring für den Schaltschrank

Um dieser Problematik zu begegnen, hat Turck ein Gerät entwickelt, das sich nachträglich in nahezu jedem Schaltschrank oder Schaltkasten installieren lässt und durch einen simplen Teach-in-Prozess auf die Gegebenheiten vor Ort eingelernt wird. Der Schaltschrankwächter namens ‚IMX12-CCM‘ meldet mit einem einfachen Schaltsignal den Schutzgrad des Schaltschranks nach außen. Um das 12 mm breite Gerät auch im explosionsgefährdeten Bereich einsetzen zu können, verfügt es über eine eigensichere 2-Leiter-Messumformer-Speise-Schnittstelle. So sind maximal vier Drähte und ein freier Platz auf einer DIN-Hutschiene nötig, um den Schaltschrankwächter installieren und in Betrieb nehmen zu können. Der Teach-in-Prozess lässt sich ohne Computer oder zusätzliche Hilfsmittel starten. Für weitere Diagnosemöglichkeiten – etwa um die absoluten Messwerte auszulesen – steht die HART-Schnittstelle zur Verfügung.

Neben der Interfacetechnik bringt der Schaltschrankwächter mehrere Sensoren mit, die den aktuellen Status der Umgebung erfassen: Verbaut wurden ein Temperatur-, ein Absolutfeuchte- und ein Triangulationssensor. Letzterer erfasst den Abstand zum Deckel oder zur Tür. Sollte die Tür nicht richtig verschlossen werden, meldet das Gerät diesen Zustand, so dass der Betreiber den Fehlerzustand gezielt beseitigen kann.

Da Feuchte in geschlossenen Systemen immer wieder ein Problem darstellt, ist ihre kontinuierliche Erfassung 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 zwar langsam, aber stetig an, was mittelfristig zu einem Geräte-Ausfall führen kann. Diese Effekte sind meist nur über einen langen Zeitraum erkennbar – der Schaltschrankwächter erfasst diese langfristigen Trends und gibt bei Überschreiten von Grenzwerten ein Signal an die Leitebene, um einem Ausfall der Instrumentierung vorgreifen zu können. Das Gerät verarbeitet kontinuierlich die aufgenommen Daten der Sensoren und vergleicht sie mit dem eingelernten Gut-Zustand. Sobald definierte Grenzwerte überschritten werden, erfolgt die Signalisierung über einen potenzialfreien Kontakt an die Leitebene.

Autor: Klaus Ebinger ist Leiter Produktmanagement Interfacetechnik bei Turck.