Datencenter sowie Anlagen der Kommunikations- und Informationstechnik sind der Dreh- und Angelpunkt der digitalen Transformation. Ohne sie wäre ein Transport der enormen Datenmengen ebenso wenig denkbar wie eine sinnvolle Verarbeitung oder der Einsatz von Cloud Services.

Ein wichtiges Thema beim Betrieb solcher Anlagen ist die Ausfallsicherheit. Rechenzentren implementieren Strategien, um die höchste Verfügbarkeit der Anlagen zu gewährleisten, und stellen dadurch die Verfügbarkeit ihrer Dienste sicher. Dies beinhaltet Back-up-Systeme, Notstrom- oder Batterieversorgung und andere Maßnahmen zur Minimierung von Ausfallzeiten. Eine der Kernkomponenten dabei sind Stromverteilungssysteme, die direkt im IT-Rack eingebaut sind. Klassisch besteht ihre Aufgabe darin, den Strom für die angeschlossenen Verbraucher zu verteilen und die Lasten gegen Überstrom und Kurzschluss abzusichern. Im Bereich der Datencenter setzen Rechenzentren meist Systeme für Wechselstrom (AC) ein, während sie in der traditionellen Kommunikationstechnik häufig Gleichstrom im Spannungsbereich von -48 V(DC) oder -60 V(DC) einsetzen. In modernen Infrastrukturen stoßen konventionelle Sicherungs- und Verteilungsfelder allerdings an ihre Grenzen, da Funktionen wie Messdatenerfassung, transparente Überwachung und Remote-Steuerung nicht realisierbar sind. Ebenso problematisch gestaltet sich die Integration von Sensoren und die Verarbeitung ihrer Daten mit konventionellen Stromverteilungssystemen. Gerade aber die Überwachung und automatisierte Verarbeitung externer Signale, wie sie Sensoren liefern, bieten Betreibern der Anlagen eine Fülle an Möglichkeiten, um mehr Transparenz und Sicherheit in ihren Anlagen zu etablieren. Für derart anspruchsvolle Anwendungsfälle bieten intelligente DC-Stromverteilungssysteme, die elektronische Sicherungsautomaten und I/O-Schnittstellen in einem System integrieren, eine hilfreiche Alternative. Ein Beispiel ist das Rack System ‚ControlPlex‘ von E-T-A.

Der Nutzen der Sensoren

Das External Alarm Interface (EAI300) fungiert als Signalsammler für Sensoren im Rechenzentrum.

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In einer digitalisierten Welt sind Sensoren von zentraler Bedeutung und untrennbar mit automatisierten Prozessen verbunden. Der Begriff ‚Sensor‘ leitet sich vom lateinischen Wort ‚sentire‘ ab, zu Deutsch ‚fühlen‘ oder ‚empfinden‘. Diese Etymologie beschreibt bereits präzise die Hauptaufgabe eines Sensors: die Messung physikalischer oder chemischer Größen wie Temperatur, Helligkeit oder Feuchtigkeit, gefolgt von der Umwandlung dieser Informationen in ein elektrisches Signal.

Dem Sensor gegenüber steht der Aktor, der in der Lage ist, die vom Sensor übermittelten, elektrischen Signale richtig zu interpretieren. Der Aktor kann daraufhin eine physikalische Größe erzeugen und eine entsprechende Aktion einleiten. Dies führt zu logischen Prozessketten, die den gesamten automatisierten Ablauf von der Datensammlung über die Umwandlung in elektrische Signale bis zur Ausführung von Aktionen ermöglichen.

Diese Kombination aus Sensoren und Aktoren findet sich häufig auch in IT-Racks. Ein anschauliches Beispiel dieses Zusammenspiels ist ein Türkontakt, der das Öffnen der Tür erfasst. In der Folge wird ein elektrischer Schutzschalter aktiviert, um eine Videokamera zu aktivieren, die den Zugriff auf das Rack per Video dokumentiert. Dies verdeutlicht, wie Sensoren und Aktoren gemeinsam dazu beitragen, automatisierte Prozesse effizient und präzise zu steuern.

Signalerfassung leicht gemacht

Der entscheidende Schritt beim Errichten einer automatisierten Prozesskette besteht im Erfassen der bereitgestellten Signale durch die Sensoren. In den meisten Fällen obliegt dies separaten Input/Output-Baugruppen. Modular aufgebaute Komplettsysteme wie das ‚ControlPlex Rack‘ integrieren diese Funktion platzsparend durch das Einsetzen einer Baugruppe in das 19-Zoll-Stromverteilungssystem, beispielsweise dem External Alarm Interface (EAI300). So gehen im Systemschrank keine zusätzlichen wertvollen Höheneinheiten verloren, sondern diese stehen stattdessen für die aktive Technik wie Router, Server oder Switches zur Verfügung. Das External Alarm Interface verfügt neben acht digitalen Eingängen auch über einen analogen Eingang, um Sensoren für Temperatur und Luftfeuchtigkeit, Näherung, Vibration und Kontaktanschlüsse anzuschließen.

Worin unterscheiden sich nun analoge und digitale Signale? Analoge Signale sind wie ein stufenloser Regler und können unendlich viele Werte zwischen Anfang und Ende annehmen. Ein simples Beispiel ist ein Temperatursensor im Datencenter, der die steigende oder sinkende Temperatur misst. Analoge Sensoren messen eine kontinuierliche Veränderung.

Dagegen fungieren digitale Signale wie Schalter. Sie können nur zwei Werte haben – an (1) oder aus (0) – ein Beispiel ist erneut der Türkontakt im Datencenter, der meldet, ob eine Tür offen (1) oder geschlossen (0) ist. Digitale Sensoren messen in klaren Schritten. Digitale Signale sind robuster gegenüber Störungen und lassen sich über größere Entfernungen ohne erheblichen Qualitätsverlust übertragen. Zudem sind sie leichter zu speichern und zu verarbeiten.

Das intelligente Stromverteilungssystem ‚ControlPlex Rack‘ mit optionalen Baugruppen.

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Ausgangsseitig besitzt das External Alarm Interface zwei digitale Relais-Ausgänge, also elektromechanische Schalter, die digitale Signale verwenden, um elektrische Kontakte zu steuern. Sie verarbeiten die Signale, um einen elektrischen Kontakt entsprechend ihrer Programmierung zu öffnen oder zu schließen. Durch das Öffnen oder Schließen des Kontakts können sie externe Geräte oder Lasten steuern, beispielsweise eine Warnleuchte, die im IT-Rack oder der Leitwarte geschaltet werden kann. Sie bieten damit eine zuverlässige Methode zur Fernsteuerung und sind aufgrund ihrer digitalen Natur weniger anfällig für Störungen und Rauschen als analoge Systeme. Über ein integriertes Bussystem ist das External Alarm Interface mit sämtlichen elektronischen Sicherungsautomaten sowie der Kommunikationsbaugruppe ‚Remote Control Interface‘ (RCI10) verbunden. Das ‚RCI10‘ ist die zentrale Intelligenz des Systems und übernimmt neben der internen Kommunikation auch die Verbindung des Rack-Systems mit der übergeordneten Steuerungs- oder Leitwarte. Dies ermöglicht die Abfrage und Zwischenspeicherung von Sensordaten, Statuszuständen und Fehlermeldungen und deren Weiterleitung oder Alarmierung am Managementsystem. Die eingebaute Ethernet-Schnittstelle ermöglicht die nahtlose Integration des gesamten Stromverteilungssystems in das Unternehmensnetzwerk. Administratoren können die Daten weltweit abrufen. Protokolle wie TCP/IP sowie SNMP (v1, v2, v3) und http/https realisieren die Datenübertragung.

SPS-Funktionalität integriert

Web-Interface des ‚ControlPlex Rack‘ zur komfortablen Zustandskontrolle oder Steuerung.

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Der Funktionsumfang intelligenter Stromverteilungssysteme geht weit über das reine Erfassen von Sensordaten hinaus. Dazu stehen zusätzliche Softwarefunktionen zur Verfügung, wie sie auch von modernen SPSen angeboten werden. Beim ‚ControlPlex Rack‘ ermöglicht die Kombination aus ‚RCI10‘ und ‚EAI300‘ das Programmieren logischer Funktionen. Damit haben Anwender die Möglichkeit, in der Web-Oberfläche mittels der gängigen Befehle AND, OR, NOT die Betriebszustände der elektronischen Sicherungsautomaten mit den ermittelten Sensordaten zu kombinieren, um so automatisierte Aktionen einzuleiten. So erhöht sich beispielsweise die physische Zugriffskontrolle im IT-Rack, indem das System eine Videokamera aktiviert, die sich aufgrund der Zustandsmeldung des Türkontakts beim Öffnen der Tür einschaltet. Durch die Verwendung der Logikfunktion kann ebenfalls die Aktivierung physischer Alarmsignale erfolgen, beispielsweise durch das Einschalten einer Warnlampe oder das Auslösen einer akustischen Warnung. Dies ist sinnvoll, insbesondere wenn der Türkontakt des IT-Schranks meldet, dass der Schrank geöffnet wurde, obwohl die aktive Technik weiterhin unter Spannung steht.

Neben diesen sicherheitsrelevanten Themen kann eine automatisierte Schaltung Anlagenbetreibern aber auch wirtschaftliche Vorteile bringen. So ist es möglich, Lasten zeitgesteuert ein- beziehungsweise auszuschalten. Damit kann der Betreiber zum Beispiel Hardware definiert abschalten, die er nachts aus unterschiedlichsten Gründen nicht benötigt. Gerade in Zeiten hoher Stromkosten und steigender rechtlicher Rahmenbedingungen, um Emissionen und schlussendlich Strom einzusparen, ist dies ein interessanter Ansatz zur Verbrauchsoptimierung.

Transparenz dank Web-Interface

Um das System auch aus der Ferne, also remote zu über- wachen und zu konfigurieren, bieten intelligente Stromverteilungssysteme den Zugriff mittels Web-Interface. Diese grafischen Benutzeroberflächen sind plattformunabhängig über alle gängigen Webbrowser zugänglich. Dabei sollten Betreiber unbedingt darauf achten, die Verbindung zum Webbrowser über eine verschlüsselte HTTPS Verbindungen aufzubauen.

Neben der grafischen Benutzeroberfläche bietet das ‚ControlPlex Rack‘ zudem die Möglichkeit, das System über die Secure Shell (SSH) zu konfigurieren. Diese Möglichkeit wird von Administratoren oft genutzt, wenn dem Anwender nur geringe Bandbreiten zur Verfügung stehen. Die Benutzeroberflächen bilden das komplette System ab und der Nutzer kann den Zustand jedes einzelnen Lastkanals dank LED-Indikation sofort überblicken. Sind alle LEDs grün, ist das System in einwandfreiem Zustand. Leuchtet eine LED rot, zeigt es dem Benutzer beispielsweise, ob der Lastkanal aufgrund eines Kurzschlusses abgeschaltet wurde oder ob eine Überspannung, Unterspannung et cetera dafür verantwortlich ist. Löst beispielsweise ein elektronischer Sicherungs-automat aufgrund einer Überspannung aus, erkennt die Leitwarte dies unmittelbar und leitet spezifische Gegenmaßnahmen ein.

Der Autor: Michael Bindner ist Produktmanager bei E-T-A Elektrotechnische Apparate in Altdorf bei Nürnberg.

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Durch das Erzwingen von Power On/Off-Neustarts kann das System darüber hinaus erhebliche Kosteneinsparungen ermöglichen, indem es aufwendige Vor-Ort-Einsätze reduziert. Weitere Funktionen sind die Messung des Stromverbrauchs – entweder einzelne Messungen pro Lastkanal oder für das Gesamtsystem – und das Aufzeichnen und Auslesen von Logfiles, in denen der Zustand jedes Lastkanals permanent getrackt wird.