Eine ungewöhnliche Temperaturerhöhung ist oft ein Frühindikator einer Störung und muss angegangen werden, ehe das System zu Schaden kommt oder, noch schlimmer, in Flammen aufgeht. Temperaturanstiege können sich als individuelle Hotspots manifestieren, wenn Plattenteile oder einzelne Komponenten nahe am bzw. über dem sicheren Temperaturbereich operieren, oder infolge einer erhöhten Umgebungstemperatur. Die erste Variante kann auf einen Fehlerzustand wie ein Kurzschluss zurückzuführen sein, oder durch eine Komponente verursacht werden wie ein Transformator, der über längere Zeit unter Volllast läuft. Die zweite Variante kann durch die Betriebsumgebung (längere intensive Sonneneinstrahlung) oder einen Ausfall von Kühlkomponenten wie Lüfter hervorgerufen werden. Beide stellen eine Gefahr dar.
Erhaltende Wartung über das IoT
Ziel einer Erhaltung über das Internet der Dinge (IoT) ist stets, null Stillstandszeit zu gewährleisten und unvorhergesehene Geräteausfälle auszuschließen, die zu ernsthaften Unfällen oder ungeplanten Anlagenstopps führen können. Um dies zu erreichen, ist die Temperatur eines jeden Panels in einer Fabrik sowie die Umgebungstemperatur mittels geeigneter Sensorlösungen sorgfältigst zu überwachen. Dieser Art Echtzeit-Fernüberwachung sorgt dafür, dass erforderliche Besuche vor Ort auf das absolut notwendige Maß beschränkt werden. Manchmal lässt sich der Fehler aus der Ferne beheben, vielleicht durch die Reduzierung des Strombedarfs des Systems, damit die Schlüsselkomponenten abkühlen können. Ein anderes Mal mag die Vor-Ort-Begutachtung eines Technikers vonnöten sein, zum Beispiel um eine fehlerhafte Komponente zu ersetzen oder einen Kurzschluss zu reparieren. Die Temperaturüberwachung des gesamten Schranks, in dem das System untergebracht ist, ist unentbehrlich, aber allein genommen ganz klar ungenügend: Eine Komponente kann gefährlich heißlaufen und kurz vor dem Zusammenbruch oder Abbrennen stehen, ohne die Gesamttemperatur des Systems zu beeinträchtigen. Andererseits ist das Anbringen einzelner Temperatursensoren an jede elektrische Komponente völlig unpraktisch – ein Kabelbaum kann einen Brennpunkt fast überall entwickeln. Neue Weitwinkel-Thermo-Bildsensoren, die Hotspots in großen Systembereichen wie eine gesamte Panel-Fläche erkennen können, sind ein guter Ausgangspunkt für ein effektives Fern-Wärmemanagement elektrischer Systeme. Ergänzt um Umgebungstemperatursensoren und Luftgeschwindigkeitssensoren, um die einwandfreie Funktion von Kühlgebläsen zu überprüfen, liefern sie eine vollständige IoT-basierte Wärmeüberwachungs- und Fernwartungslösung.
Weitwinkel-Temperatursensoren
Neue Infrarot-Temperatursensoren mit breitem Blickwinkel im kompakten Gehäuse heben im gesamten Sichtfeld Hotspots hervor und schließen die Lücke zwischen der Messung der Durchschnittstemperatur des Gesamtsystems und der Temperaturmessung eines oder zweier ausgewählter Punkte. Omrons IR-MEMS-Temperatursensor D6T misst die Oberflächentemperatur des Zielobjekts kontaktlos mittels einer Thermosäule, die dessen abgestrahlte Energie absorbiert. Mit der eingebauten MEMS-Thermosäule auf neuestem Stand der Technik, einem maßgeschneiderten Sensor-ASIC, Signalverarbeitungsmikroprozessor und -Algorithmus in einem winzigen Gehäuse, bietet der D6T den wahrscheinlich höchsten Rauschabstand (SNR) in der Branche. Dies gewährleistet eindeutige, zuverlässige Messungen, die vom System leicht interpretiert werden können. Ein wesentlicher Vorteil des integrierten signalverarbeitenden Mikroprozessors ist sein vollständig linearer Ausgang. Durch Pre-Processing des Signals im Modul wandelt der D6T das Sensorsignal in einen digitalen Temperaturausgang um, die als direkte Schnittstelle zu einem Mikrocontroller fungiert. Dies vereinfacht die Aufgabe des Systemintegrators, denn alternative Bauelemente haben keinen Temperaturausgang, so dass der Designer einen Signalverarbeitungsalgorithmus implementieren muss, um das Ausgangssignal in einen Temperaturwert umzuwandeln. Durch das platzsparende Design – die größte Version mit 32×32 Elementen misst nur 14x8x8.93mm – eignet sich der D6T hervorragend zum Einsatz in einem Panel oder System. Sein 90.0x 90.0° Sichtfeld erfasst eine Fläche von 200x200cm aus einem Meter Entfernung. In einem Umgebungstemperaturbereich von -10 bis 70ºC lassen sich Temperaturen von 0-200ºC berührungslos messen. Anwendungen, bei denen ein eingeschränkteres Sichtfeld gefragt ist, genügen Omrons 1×8 D6T-8L-09H und der 4×4 D6T-44L-06H mit 54.5×5.5° bzw. 44.2×45.7°. Der Sichtbereich bei einem Meter Entfernung beträgt 10x103cm bzw. 81x84cm. Überdies gibt es die 1×1-Ausführung D6T-1A-02 mit einem Sichtwinkel von nur 26.5×26.5°, die bei einem Meter Entfernung stark direktional eine Fläche von 47x47cm erfasst.
Die Umgebungstemperatur
Während diese Sensoren spezifische Brennpunkte identifizieren, besteht weiterhin die Notwendigkeit, die Umgebungstemperatur des Gesamtsystems zu überwachen. Eine hohe Umgebungstemperatur kann der Grund sein, warum Teile eines Systems zu überhitzen drohen, sie kann sogar selbst Fehlfunktionen verursachen. Mit kompakten Vielzweck-Umgebungssensoren lässt sich sehr einfach ein breites Spektrum an Messfunktionen mit nur einem kleinen Sensor bereitstellen. Dazu zählen Temperatur, Feuchtigkeit, Luftqualität, Licht, Luftdruck, Geräuschentwicklung und Beschleunigung. Sensoren wie der Omron 2JCIE sind in der Lage, all diese Kriterien zu überwachen, und liefern die Daten über drahtlose und drahtgebundene Schnittstellen wie Bluetooth und USB. Trotz seiner kompakten Bauform verfügt der 2JCIE über einen eigenen eingebetteten Speicher für die Messwerterfassung, um den Überblick über die Umgebung zu behalten.
Überwachung von Kühlsystemen
Ein Anstieg der Umgebungstemperatur kann natürlich auch auf eine Verschlechterung oder gar einen Ausfall von Kühlsystemen wie Lüfter zurückzuführen sein. Diese müsse, wie jede andere Komponente auch, gewartet und kontinuierlich in Echtzeit überwacht werden, um sicherzustellen, dass ihre Leistung nicht verschleißbedingt oder aufgrund von Schmutzablagerungen im Luftweg unter das geforderte Niveau abfällt. Geeignete Sensoren für diese Aufgabe sind verfügbar. Der Digitaldrucksensor Omron D6F-PH zur Erkennung des Luftstroms und verstopfter Filter in Wärmerückgewinnungsgeräten misst den Druckunterschied zwischen Ein- und Ausgang des Lüfters oder Filters und deckt so Funktionsbeeinträchtigungen und Leistungsverluste aufgrund von Schmutzverstopfungen auf und alarmiert, wenn Säuberung oder ein Austausch erforderlich ist. Eine kompaktere Alternative ist der Luftdrucksensor Omron 2SMPB. Omrons D-6FV verbessert den Wirkungsgrad durch die Überwachung des exakten Luftdurchsatzes, bei dem die Luft durch den Lüfter abgesaugt wird.
Fazit
Wartungstechniker sollten in der Lage sein, den thermischen Status eines Panels in Echtzeit sorgfältig zu überwachen, ohne eine Türe öffnen zu müssen. Eine Kombination aus den drei beschriebenen Sensortypen erfüllt dieses Ziel vollumfänglich. Weitwinklige Infrarotsensoren identifizieren Hotspots auf einem Panel wo immer sie entstehen, Umgebungstemperatursensoren überwachen die Gesamttemperatur des Schaltschranks, Luftmengenmesser weisen nach, dass Kühllüfter korrekt arbeiten. Die Echtzeitausgabe der Messdaten dieser Sensorlösungen lässt sich mit Algorithmen analysieren, was die erforderlichen fachlichen Fertigkeiten für den Instandhaltungsprozess reduziert und es dem Wartungspersonal erlaubt, Fehler in Echtzeit zu identifizieren und darauf zu reagieren. Durch die Nachverfolgung von Temperaturänderungen im Laufe der Zeit lassen sich Vorhersagen treffen, die eine Wartungsplanung für eine erhöhte Servicetechniker-Produktivität und geringere Ausfallzeiten erlauben.
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