Ympäristöolosuhteet kuriin

Ethernet-infrastruktuurin rakentaminen teollisuusympäristöön edellyttää muutakin kuin vain pistoke- ja liitäntäratkaisuja. Yhtä tärkeää on kaappi- ja kotelotekniikan sekä jäähdytys- ja valvonta-järjestelmien sisällyttäminen suunnitteluun.

Ethernet tulee vääjäämättä myös tuotantoympäristöön sen suuren siirtonopeuden ansiosta. Se mahdollistaa myös kommunikaation hallinnosta prosessinohjaukseen asti ilman protokolla- tai muita muunnostarpeita. Tämä asettaa luonnollisesti uusia vaatimuksia myös yrityksen infrastruktuurille: herkkien PC- ja LAN-laitteiden tuominen toimistoympäristöstä karuun teollisuushalliin on kaikkea muuta kuin suoraviivaista - ympäristöolosuhteet vaikuttavat tietoliikenteen luotettavuuteen ja  PC:iden, kytkimien ja keskittimien elinikään merkittävästi.

Hyvästit kytkentäkaapeille?

PC-pohjaisten ohjauslaitteiden kasvava käyttö lisää yksittäisten kompaktikoteloiden tarvetta, koska  tietoliikenneverkko on hajautettu esim.  tietokoneille, ohjaus- ja näyttölaitteille. Myös käyttö- ja visualisointiosa saa litteän näyttötekniikan ja kompaktien PC-ratkaisujen myötä uutta merkitystä. "Klassinen" kytkentäkaappi on silti edelleen tärkeässä roolissa sähköenergian jakelussa, koska näiden komponenttien tai rakenteiden, esimerkiksi virtakiskojärjestelmien, tehonkytkimien ja taajuusmuuttajien, mitat täsmäävät tarvittavien kaappikokojen kanssa. Suuret tehot vaativat edelleen suurten kytkentäkaappien käyttöä.

Mitä suuntaus suurista kytkentäkaapeista hajautettujen laitekoteloiden käyttöön sitten merkitsee?

Kytkimet tekevät yksittäisen prosessialueen LAN-segmentistä erillisen osoitealueen. Tämä segmentointi on tärkeää "törmäyksistä" johtuvien tietoliikenteen viiveiden välttämiseksi ja aikakriittisten prosessiohjausten mahdollistamiseksi. Lisäksi yhden laitteen lähettämät LAN-datapaketit eivät saisi törmätä toisen laitteen lähettämiin, koska toiminta olisi tällöin ajallisesti ennakoimatonta. Tästä johtuu tarve luoda jokaiselle tuotantosegmentille strukturoitu kaapelointi, jonka solmupisteet on suojattava hyvin. Tämä voidaan toteuttaa esim. seinäjakajien tai lattiakaappien, valokuitu-jakokoteloiden, ristikytkentäkoteloiden ja Patch-paneelien avulla.

Prosessitietojen luotettavaan tallentamiseen: uusi, ergonominen ja liitäntävalmis PC-torneille suunniteltu Rittal IW -teollisuuskotelo.

Elektroniset komponentit on prosessiolosuhteissa suojattava koteloinnilla ankaraa käyttöympäristöä vastaan. Etusijalla on asennettujen komponenttien suojaaminen pölyn ja kosteuden tunkeutumista, mekaanisia vaurioita, liiallista lämpenemistä ja sähkömagneettisia häiriöitä vastaan. Nämä seikat koskevat välittömästi myös koteloon sijoitettuja elektronisia rakenneosia ja yksiköitä. Tässä yhteydessä on huomioitava häiriöttömän toiminnan lisäksi välillisesti myös käyttö- ja huoltohenkilöstön turvallisuus. Nämä vaatimukset sisältyvät ohjausjärjestelmän käyttöalueen mukaisiin kansainvälisiin määräyksiin, esimerkiksi EN 60204 osa 1 (DIN VDE 0113) "Teollisuuden koneiden sähkölaitteet" tai EN 60439-1 (DIN VDE 0660 osa 500) "Pienjännitekytkinlaitteiden yhdistelmät: vaatimukset tyyppihyväksytyille ja osittain tyyppihyväksytyille yhdistelmille" (laitteiden sähkönsyöttöä varten).          

Painopiste on kosketus-, pöly- ja vesisuojauksessa, jotka määritellään IEC 60529:n mukaisina IP-kotelointiluokkina. Yleisessä teollisuuskäytössä riittävä kotelointiluokka on IP 54 tai IP 55. Pienissä koteloissa päästään helposti jopa IP66 kotelointiluokkaan. Kohteet, joissa tarvitaan parempaa tiiviyttä, esim. painepesunkestävyyttä, on pysyttävä pienissä koteloissa, koska suurten kaappien parempi kotelointiluokka aiheuttaa lisää kustannuksia.

"Lämpökuolemaa" vastaan

Ratkaiseva edellytys LAN-ohjauksen käytölle on lämmön poistaminen, koska pieniin koteloihin asennetut laitteet saattavat tuottaa jopa 500 W:n hukkatehon. Samaan aikaan ympäristön lämpötila on usein 55°C tai korkeampi. Näin ollen aktiivisen jäähdytyksen käyttö on välttämätöntä.

Tämä voidaan toteuttaa ilma/vesi-lämmönvaihtimella. Usein tuotantoprosessissa on jo valmiina jäähdytysvesikierto, joka voidaan ulottaa myös koteloihin lämmönvaihtimien avulla. Ilma/vesi-lämmönvaihtimessa komponenttien tuottama lämpö siirretään kaapin sisäilmasta lämmönvaihtimien lamelleissa kiertävään jäähdytysveteen. Hyötysuhde - yksittäistä laitetta kohden - on korkea: pienellä sisätuulettimen ja magneettiventtiilin kuluttamalla sähkömäärällä (yleensä luokkaa 50 - 250 W) saavutetaan 600 - 5000 W jäähdytysteho.

Jos tätä vaihtoehtoa ei ole käytettävissä - esim. jäähdytysvesikiertoa ei ole tai poistettava lämpömäärä tekee tällaisen järjestelmän asennuksen kannattamattomaksi - voidaan lämmön poistamiseen käyttää ilmastointilaitetta. Erilliset ilmastointilaitteet tarjoavat jäähdytystehoa 4000 wattiin asti hyvällä hyötysuhteella: noin 245 - 1710 W sähköteholla voidaan saavuttaa 300 - 4000 W jäähdytysteho. Nämä ilmastointilaitteet maksavat noin 1-1,50 euroa jäähdytystehowattia kohti.

Edullisin ratkaisu - kustannukset vain noin 0,2 euroa / watti - ovat suodatintuulettimet, jotka voidaan asentaa vähän tilaa vievästi kotelon pintoihin. Rajoitus: ympäristön lämpötilan tulee olla vähintään 10°C alempi kuin kaapin suositeltu sisälämpötila, joka on elektronisille komponenteille 35°C. Myös suodatin on muistettava vaihtaa tarpeeksi usein.

Toinen jokapäiväinen riskitekijä liittyy sähkömagneettisiin häiriöihin - olipa kyseessä induktiivisten laitteiden päälle- ja poiskytkeminen, suurtaajuuslaitteet, kuivaus mikroaalloilla tai valokaareen perustuvat laitteet, kuten hitsausrobotit.

Jotta ohjausjärjestelmän laitteiden toimintahäiriöt tai suoranaiset vikaantumiset ja niiden aiheuttamat tuotantokatkokset voidaan välttää, johtimia ja/tai kenttiä pitkin etenevät häiriöt on estettävä. Kenttämuotoisia häiriöitä vastaan auttaa kotelon metallirakenteen muodostama suojahäkki. Teknisiä parametreja, joiden perusteella tulisi valita tavallinen tai HF-suojattu koteloversio, ei yleisesti ottaen tunneta riittävästi. Tästä johtuen EMC-suojattua rakennetta varten ei ole mitään patenttiratkaisua; ennemminkin oikea ratkaisu on löydettävä suorilla keskusteluilla ja mittauksilla.

Infrastruktuurin valvonta

Tietojen menettäminen tai niiden asiaton käsittely voi olla kallis tilanne mille tahansa yritykselle. Tästä johtuen investoinnit IT-infrastruktuurin valvontaratkaisuihin ovat välttämättömiä. Esimerkiksi Rittal tarjoaa tätä varten erityisiä rakenneosia, joilla voidaan toteuttaa kokonainen modulaarinen IT-kaappien ja kytkentäkaappien valvontajärjestelmä "Computer Multi Control-TopConcept" (CMC-TC) myös teollisuusympäristöön. Tuotekonsepti sisältää peruskokoonpanossaan hajautetun prosessorimoduulin ja anturimoduulin (tai useampia) sekä tarvittavat anturit. Käyttäjä voi yhdistää eri moduuleja valvontatarpeiden (esim. lämpötila, kosteus, kaapin avaaminen) mukaisesti ja lähettää valmiista järjestelmästä hälytyksiä Ethernetin kautta haluttuun valvontapisteeseen. Tällöin on käytettävissä turvajärjestelmä, joka ei vaadi valvontatoimintojen etukäteissuunnittelua eikä jälkiasennuksia olemassa olevaan ohjaustekniikkaan.

Lisätietoja
Rittal Oy
tekninen myynti 09-413  44 459

Artikkeli ja kuvat:
Taina Ahti gsm 0400-459 098
taina.ahti@rittal.fi