DE102015105212A1

DE102015105212A1 - Schaltschranküberwachungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102015105212A1
Application number: DE102015105212.1A
Authority: DE
Inventors: Torsten Wendler; Christian Seliger
Original assignee: Turck Holding GmbH
Current assignee: Turck Holding GmbH
Priority date: 2015-04-07
Filing date: 2015-04-07
Publication date: 2016-10-13

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überwachung eines Schaltschranks mit einer Sensoreinrichtung (b, f, o, t, s), die in der Lage ist, eine zeitliche Änderung eines oder mehrerer der Umgebungsparameter wie Luftfeuchte im Schaltschrank, Lufttemperatur im Schaltschrank und/oder Stellung der Schaltschranktür zu erkennen, und die ein oder mehrere diesbezügliche Sensorsignale erzeugt, mit einer Auswerteeinrichtung (a), die die ein oder mehreren Sensorsignale nach einer vorgegebenen Auswerteregel (r) auswertet und ein Überwachungssignal (ü) erzeugt, und mit einer Kommunikationseinrichtung, die das Überwachungssignal (ü) über einen Kommunikationskanal an eine Schaltzentrale (l) übermittelt und/oder über eine LED am Ort des Schaltschranks angezeigt, und mit der ein vorhandener Schaltschrank nachgerüstet werden kann.

Description

In der industriellen Fertigung und insbesondere in der automatisierten industriellen Fertigung werden Feldgeräte, Sensoren und Aktoren verwendet, die über Messumformer oder andere elektronische Komponenten mit einem Leitrechner kommunizieren. Die Messumformer und/oder Elektronikkomponenten sind in Schaltschränken angeordnet, die am Ort der Fertigung, in der chemischen Industrie auch im explosionsgeschützten Bereich angeordnet sind. Die Schaltschränke besitzen einen gewissen IP-Schutz. Dieser Schutzgrad kennzeichnet den mechanischen Schutz und den Schutz gegenüber Umwelteinflüssen. Umwelteinflüsse können die sichere Funktionsweise der im Schaltschrank angeordneten Elektronikkomponenten beeinflussen. Zu hohe oder zu tiefe Temperaturen innerhalb des Schaltschrankes sind ebenso funktionsrelevante Umgebungsparameter wie eine dortige zu hohe Luftfeuchtigkeit. Eine zeitliche Änderung dieser inneren Umgebungsparameter kann oftmals auf das nicht ordnungsgemäße Verschließen einer Tür eines Schaltschrankes zurückgeführt werden. Verlassen ein oder mehrere Umgebungsparameter ihren Sollwert, innerhalb dessen ein einwandfreies Funktionieren der Elektronikkomponenten gewährleistet ist, kann es zum Ausfall ein oder mehrerer Elektronikkomponenten kommen. Der Ausfall oder das nicht korrekte Funktionieren einer Elektronikkomponente kann häufig der Grund eines Anlagenstillstandes sein.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen anzugeben, um den IP-Schutz des Schaltschranks über längere Zeit aufrecht zu erhalten und hierzu insbesondere eine Vorrichtung anzugeben, mit der Schaltschränke montagetechnisch einfach nachgerüstet werden können.
Gelöst wird die Aufgabe durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung.
Zunächst wird eine Vorrichtung zur Überwachung eines Schaltschranks vorgeschlagen, die eine Sensoreinrichtung aufweist, die in der Lage ist, eine zeitliche Änderung eines oder mehrerer der Umgebungsparameter wie Luftfeuchte im Schaltschrank, Lufttemperatur im Schaltschrank und/oder Stellung der Schaltschranktür zu erkennen. Die Vorrichtung besitzt bevorzugt eine Einrichtung zur Überwachung der Umgebungsparameter innerhalb eines Schaltschrankes. Sie ist besonders bevorzugt als Nachrüstsatz ausgelegt, um in einem Schaltschrank eingebaut zu werden, der bereits seit Jahren in einer chemischen Industrieanlage oder einer Erdölindustrieanlage verwendet wird und bei dem die Gefahr besteht, dass sich durch Undichtigkeiten der Schaltschrankwände oder der Schaltschranktürdichtung ungewollt Lufttemperaturen oder Luftfeuchten einstellen. Das als Nachrüsteinrichtung ausgebildete Gerät kann von vornherein mit einer Vielzahl von Sensoren ausgestattet sein, beispielsweise können zwingend ein Temperatursensor und ein Luftfeuchtesensor sowie ein Sensor zur Ermittlung des Öffnungszustandes der Schaltschranktür vorhanden sein. Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn das Gerät die Möglichkeit besitzt, über einen Industriestandard, beispielsweise das HART-Protokoll mit einer Schaltzentrale zu kommunizieren. Gleichzeitig soll aber auch die Möglichkeit bestehen, den Betriebszustand, insbesondere einen Fehler optisch am Gerät selbst anzuzeigen. Das Gerät hat bevorzugt universelle Eigenschaften und kann individuell konfiguriert werden, so dass mit nur einem Baumuster eine Vielzahl von Anwendungsfällen abgedeckt werden können. Die Sensoreinrichtung kann mehrere Einzelsensoren besitzen, die insgesamt die Funktion eines Multisensors ausüben. Es handelt sich dabei insbesondere um einen Feuchtesensor zum Ermitteln der Luftfeuchte im Schaltschrank, um einen Temperatursensor zur Ermittlung der Lufttemperatur im Schaltschrank und eines mechanischen Sensors oder eines optischen Sensors oder eines magnetischen Sensors, um die Geschlossenstellung der Schaltschranktür zu überwachen. Es kann auch ein Rauchgasdetektor vorgesehen sein. Bei dem Sensor kann es sich auch um einen Beschleunigungssensor oder um einen Dehnungsmessstreifen handeln. Mit dem Beschleunigungssensor ist eine Vibrationsüberwachung möglich. Mit dem Dehnungsmessstreifen kann eine Ortsverlagerung oder dergleichen detektiert werden. Es kann auch vorgesehen sein, das Verkippen eines Schaltschrankes zu detektieren; beispielsweise kann die Vorrichtung mit einem Schwerkraftsensor zusammenwirken. Jeder dieser Sensoren erzeugt ein ihm zugeordnetes Sensorsignal. Bei dem Sensorsignal kann es sich um einen analogen oder digitalen Wert handeln, der die Luftfeuchte oder die Lufttemperatur angibt. Es kann sich auch um einen binären Wert handeln, der angibt, ob die Schaltschranktür geöffnet oder geschlossen ist. Die Vorrichtung besitzt eine Auswerteeinrichtung, die die ein oder mehreren Sensorsignale nach einer vorgegebenen Auswerteregel auswertet. Im einfachsten Fall beinhaltet die Auswerteregel eine Prüfregel, mit der geprüft wird, ob ein Sensorsignal in einem vorgegebenen Wertebereich liegt, beispielsweise ob die Luftfeuchte unterhalb eines oberen Grenzwertes, ob die Temperatur oberhalb eines unteren Grenzwertes und unterhalb eines oberen Grenzwertes liegt oder ob die Schaltschranktür geschlossen ist. Bevorzugt werden jedoch komplexere Auswerteregeln verwendet, die insbesondere auch den zeitlichen Verlauf der Sensorsignale berücksichtigen. So kann insbesondere die Schaltschranktür zu Wartungszwecken kurzfristig geöffnet werden, ohne dass dies als meldewürdiges Ereignis erkannt wird. Hierzu verwendet die Auswahlregel Pausen- oder Totzeiten. Ein Fehlersignal wird beispielsweise nur dann abgegeben, wenn ein Umgebungsparameter für eine vorbestimmte Zeit außerhalb eines Sollbereichs liegt. Beispielsweise wird erst dann ein Fehlersignal abgegeben, wenn die Schaltschranktür für eine vorbestimmte Zeit geöffnet und nach Ablauf dieser Zeit nicht wieder geschlossen wird. Es ist ebenfalls möglich, nur dann ein Fehlersignal abzugeben, wenn mindestens zwei Umgebungsparameter außerhalb ihres Sollwerts liegen, beispielsweise nur dann, wenn die Schaltschranktür offen und sich die Lufttemperatur oder die Luftfeuchte außerhalb des Sollbereichs befindet. Wird ein meldewürdiges Ereignis erkannt, beispielsweise dass die Lufttemperatur außerhalb des Gut-Bereichs liegt oder die Luftfeuchtigkeit oberhalb eines Gut-Wertes liegt oder die Schaltschranktür geöffnet ist, erzeugt die Auswerteeinrichtung ein Überwachungssignal. Es ist eine Kommunikationseinrichtung vorgesehen, die das Überwachungssignal über einen Kommunikationskanal an eine Schaltzentrale übermittelt. Zusätzlich kann ein optisches Signal beispielsweise durch das Aufleuchten einer LED erzeugt werden, welches am Ort des Schaltschrankes für einen Bediener sichtbar ist. Die Signalausgabe kann auch über ein Schaltsignal erfolgen. Bei der Schaltzentrale kann es sich um einen Leitrechner oder um einen Leitstand handeln. Das Überwachungssignal kann ein Analogwert oder ein Digitalwert sein. Der Kommunikationskanal ist bevorzugt eine 2-Draht-Leitung, die besonders bevorzugt galvanisch von den übrigen Schaltungskomponenten der Vorrichtung entkoppelt ist. Um den zeitlichen Verlauf der Umgebungsparameter zu berücksichtigen, besitzt die Vorrichtung einen Datenspeicher, in dem in Form eines rollenden Fensters in zeitlichen Abständen die Sensorsignale abgespeichert werden, so dass sich für Stunden oder Tage der Sensorverlauf zeitlich bestimmen lässt. Mit Hilfe dieser Daten lassen sich komplexe Auswerteregeln anwenden. So ist beispielsweise vorgesehen, dass die Auswerteregel nicht nur ein Überwachungssignal abgibt, wenn ein Umgebungsparameter außerhalb eines Gut-Wertes liegt. Es ist vielmehr vorgesehen, dass das Sensorsignal für eine vorgegebene Zeit außerhalb eines Gut-Wertbereiches liegen muss, damit das Überwachungssignal abgegeben wird. Dabei können die Werte des Sensorsignals über die vorgegebene Zeit integriert werden. Erreicht das Integral einen Schwellwert, wird das Überwachungssignal abgegeben. Es ist aber auch möglich, die Zeit zu bestimmen, innerhalb der das Sensorsignal außerhalb des Gut-Wertebereichs liegt. Überschreitet diese Zeit einen vorgegebenen Wert, so wird das Überwachungssignal abgegeben. Fällt das Sensorsignal vor Ablauf der vorgegebenen Zeit zurück in den Gut-Wertbereich, wird kein Überwachungssignal abgegeben. Vielmehr ist vorgesehen, dass die die Zeit messende Uhr auf Null gesetzt wird. Ferner kann vorgesehen sein, dass zumindest zwei Sensorsignale über eine gewisse Zeit ein gewisses Verhalten, beispielsweise einen kontinuierlichen Anstieg oder ein kontinuierliches Abfallen aufweisen müssen, um ein Überwachungssignal zu erzeugen. Es ist auch vorgesehen, dass ein Überwachungssignal insbesondere in Form eines Warnsignals bereits abgegeben wird, wenn der zeitliche Verlauf der Sensorsignale eine Tendenz zeigt, in der Zukunft den Gut-Wert zu verlassen. Die Auswerteeinrichtung kann hierzu den zeitlichen Verlauf einer Sensorsignaländerung überwachen. Beispielsweise kann überprüft werden, ob sich ein Sensorsignal in derselben Richtung, also entweder abfallend oder ansteigend, über eine vorbestimmte Zeit ändert. Dabei kann auch vorgesehen sein, dass das Warnsignal nur dann abgegeben wird, wenn die über die vorbestimmte Zeit erfolgte Gesamtänderung einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet, so dass geringfügige, auch langfristige Änderungen erkannt werden, sofern sie eine signifikante Größe besitzen. In einer Weiterbildung der Erfindung ist deshalb vorgesehen, dass in der Auswerteeinrichtung auch eine Trend-Analyse eines oder mehrerer Sensorsignale vorgenommen wird. Die Leistungsversorgung der Vorrichtung erfolgt bevorzugt unabhängig von den bereits im Schaltschrank vorhandenen elektronischen und elektrischen Komponenten. Bevorzugt erfolgt die Leistungsversorgung über eine 4 bis 20 mA-Leitung. Über diese Leistungsversorgungsleitung kann auch eine Konfiguration und/oder Parametrierung der Vorrichtung vorgenommen werden. Dies kann mit Hilfe des HART-Protokolls erfolgen. Eine Parametrierung kann somit von der Schaltzentrale her erfolgen, indem der Vorrichtung die Gut-Werte sowie Toleranzgrenzen mitgeteilt werden beziehungsweise indem der Vorrichtung die Auswerteregel mitgeteilt wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist insbesondere in einem Gehäuse angeordnet, welches nachträglich in einem bestehenden Schaltschrank eingesetzt werden kann. Die mechanische Befestigung innerhalb des Schaltschranks erfolgt mit den üblichen Befestigungsmitteln, beispielsweise kann die Vorrichtung auf einen freien Platz einer DIN-Schiene aufgeschnappt werden. Die elektronischen Komponenten sind im Schaltschrank beispielsweise an einer Hutschiene befestigt. Das Gehäuse der erfindungsgemäßen Überwachungseinrichtung wird bevorzugt an derselben Hutschiene befestigt. Die erforderliche Verdrahtung ist auf ein Minimum reduziert. Es ist lediglich eine Leistungsversorgungsleitung und ein Kommunikationskanal erforderlich, wobei der Kommunikationskanal mit der Leistungsversorgungsleitung identisch sein kann. Die Kommunikation erfolgt dann nach dem HART-Protokoll über die 4 bis 20 mA-Leitung. Das Überwachungssignal ist dann ein Stromsignal. Die Vorrichtung kann mindestens einen externen Sensor aufweisen, bei dem es sich um einen Temperatursensor, einen Feuchtesensor oder aber auch um einen optischen Sensor handeln kann. Interne Sensoren, wie beispielsweise ein Temperatursensor oder ein Luftfeuchtesensor, können innerhalb des Gehäuses der Schaltschranküberwachungseinrichtung vorgesehen sein. Externe Sensoren können über ein Kabel mit dem Gehäuse verbunden sein. Das Kabel kann einen Stecker aufweisen, der in eine passende Steckerbuchse des Gehäuses eingesteckt werden kann. Ein externer Temperatursensor kann an einer Elektronikkomponente, beispielsweise einer Leistungskomponente innerhalb des Schaltschranks angeordnet werden, um die Temperaturentwicklung dieser Elektronikkomponente zu überwachen. Es ist ferner vorgesehen, dass die Auswerteregel auch die Tageszeit und/oder externe Umgebungsparameter, wie die Außenluftfeuchtigkeit oder die Außentemperatur berücksichtigt. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Auswerteregel so programmiert sein soll, dass ein Öffnen des Schaltschranks zu Wartungszwecken kein Störungs- oder Fehlersignal auslösen soll. Der externe Sensor ist dann außerhalb des Schaltschranks angeordnet und über Kabel mit dem Gehäuse der Vorrichtung verbunden. Ein optischer interner oder externer Sensor ist in der Lage, die Beleuchtungsstärke im Innenraum oder in der Umgebung im sichtbaren, im infraroten oder im UV-Bereich zu ermitteln. Bei der Auswerteeinrichtung handelt es sich bevorzugt um einen Mikrokontroller oder Mikroprozessor. Die Parametrierung kann über ein Teach-In via HART-Kommunikation oder durch den Bediener vor Ort erfolgen. Bei dem Teach-In werden alle internen Sensoren, also Sensoren, die innerhalb des Gehäuses des Gerätes angeordnet sind, und alle externen Sensoren, also die Sensoren, die über eine Kabelverbindung mit dem Gerät verbunden sind, auf den zum Zeitpunkt des Teach-In gültigen und zugrundeliegenden Umgebungszustand angelernt werden. Der Teach-In ist sowohl über HART-Kommunikation als auch am System durch den Bediener vor Ort durchführbar. Dem Gerät wird gewissermaßen durch den Benutzer die Information gegeben, dass die derzeit von den Sensoren detektierte Werte Gut-Werte sind. Die Parametrierung ist die Übertragung der Toleranzgrenzen sowie Initialisierungsgrößen des Systems. Die Parametrierung kann werkseitig erfolgen oder aber auch durch HART-Kommunikation durchgeführt werden. Die einzelnen Sensoren des Multisensors werden bevorzugt bei der Montage auf die Gegebenheiten angepasst und angelernt. Dies und/oder das Ändern eines Betriebszustandes der Vorrichtung, beispielsweise vom Betriebszustand Überwachung in einen Betriebszustand Wartung, kann über einen optischen Sensor erfolgen. Beispielsweise erfolgt dies über eine Abfolge von Helligkeitsänderungen, beispielsweise durch Handabdeckung oder Nichtabdeckung des optischen Sensors. Die Vorrichtung kann eine optische Anzeige, beispielsweise eine LED aufweisen, um die Parametrierung beziehungsweise Änderung des Betriebszustandes zu quittieren. Es ist eine Torschaltung zur Vermeidung fehlerhafter Eingaben vorgesehen.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung handelt es sich bevorzugt um ein selbständiges, autarkes Gerät, welches nachträglich in einen elektronische Komponenten aufweisenden Schaltschrank einbaubar ist. Das Gerät besitzt eine Universalausstattung, die zumindest einen Feuchtesensor, einen Lufttemperatursensor und einen Sensor umfasst, mit dem der Öffnungszustand der Schaltschranktür ermittelbar ist. Das Gerät besitzt einen programmierbaren Controller, insbesondere einen Microcomputer, mit dem die Sensorsignale ausgewertet werden können, um ein Fehlersignal zu erzeugen. Das Gerät besitzt darüber hinaus zumindest eine Anschlussmöglichkeit, beispielsweise in Form einer Steckerbuchse zum Anschluss eines externen Sensors, beispielsweise eines Rauchgasdetektors oder eines Temperaturfühlers, welcher an einer andren Stelle innerhalb des Schaltschranks angeordnet werden kann, um beispielsweise die Temperatur eines stark wärmeentwickelnden Bauteils zu messen oder eine Rauchentwicklung im oberen Bereich des Schaltschrankes zu detektieren. Es ist eine Programmiermöglichkeit vorgesehen, die es erlaubt, dem Gerät mitzuteilen, welche Sensoren aktiv sind und welche Sensoren inaktiv sind, also welche Sensorwerte zur Bereitstellung des Fehlersignals verwendet werden sollen. In gleicher Weise können die Schnittstellen zu externen Sensoren nachträglich konfiguriert werden. Bei dem Gerät handelt es sich bevorzugt um ein Universalgerät, welches auf den jeweiligen Anwendungsfall konfigurierbar ist und welches in einfacher Weise in Betrieb zu nehmen ist, nämlich dadurch, dass durch ein Teach-In dem Gerät mitgeteilt wird, dass das zum Zeitpunkt des Teach-Ins vom Sensor gelieferte Signal ein Gut-Wert ist. Es kann werksmäßig mit Informationen versehen sein, die beinhalten, bei welcher Abweichung des Sensorwertes vom Gut-Wert ein Fehlersignal abgegeben werden muss. Das bevorzugte Gerät zur Nachrüstung weist bevorzugt einen Kommunikationskanal auf, der von einem eventuell vorhandenen Datenübertragungskanal, über den die elektronischen Komponenten des Schaltschranks mit einer Schaltzentrale kommunizieren, verschieden ist. Der Kommunikationskanal kann technisch einfach gestaltet sein, weil er eine vergleichsweise geringe Datenrate transportieren muss.
Die beigefügte 1 zeigt schematisch als Blockschaltbild den Aufbau einer als Nachrüstsatz ausgebildeten Vorrichtung zur Überwachung eines Schaltschranks.
Die Vorrichtung ist in einem Gehäuse angeordnet, welches an einem freien Steckplatz in einem mit elektrischen und/oder elektronischen Komponenten bestückten Schaltschrank angeordnet werden kann. Im Schaltschrank befinden sich insbesondere Messumformer, die bei einer automatisierten industriellen Fertigung von Messwertaufnehmern erzeugte Messwerte, beispielsweise ein PT 100-Signal, in ein Stromsignal, beispielsweise nach dem HART-Protokoll, umformen. In den Schaltschrank können sich aber auch andere elektronische oder elektrische Komponenten befinden, beispielsweise Signalwandler, um eingehende Steuersignale an Feldgeräte weiterzuleiten. Der Schaltschrank besitzt eine verschließbare Schaltschranktür, die Gummidichtungen aufweist. Diese Gummidichtungen können im Laufe der Zeit undicht werden. Undichtigkeiten können aber auch durch in die Gummidichtung eingeklemmte Gegenstände, wie Kabel oder dergleichen, entstehen. Die im Schaltschrank angeordneten elektronischen Komponenten sind mit den üblichen Befestigungselementen an einer Wand oder an Haltevorrichtungen des Schaltschranks befestigt.
Die Vorrichtung zur Überwachung von Umgebungsparametern innerhalb eines Schaltschranks besitzt ein Gehäuse, welches mit denselben mechanischen Befestigungselementen an der Wand oder einer Haltevorrichtung des Schaltschrankes befestigt ist. Die Überwachungsvorrichtung kann ein Einsteckteil sein, das in einen freien Einsteckplatz eines Einsteckgehäuses eingesetzt ist.
Die Vorrichtung besitzt einen Feuchtigkeitssensor f, um die Luftfeuchtigkeit innerhalb des Schaltschranks zu messen, einen Temperatursensor t, um die Lufttemperatur innerhalb des Schaltschranks zu messen, und einen optionalen REED-Kontakt, um die Geschlossenstellung der Schaltschranktür zu ermitteln. Es kann auch ein externer Sensor b vorgesehen sein, mit dem die Außenumgebungslufttemperatur oder die Umgebungsluftfeuchtigkeit gemessen werden kann. In dem Gehäuse der Schaltschranküberwachungsvorrichtung können Sensoren integriert sein. Insbesondere handelt es sich hierbei um einen Feuchtesensor f, einen Temperatursensor t oder um einen optischen Sensor o. Diese oder externe Sensoren können aber auch mit einem Kabel mit dem Gehäuse verbunden sein. Ferner kann eine Uhr vorgesehen sein, mit der die Tageszeit ermittelbar ist. Die 1 zeigt lediglich symbolisch einige Sensoren, mit denen Umgebungsparameter innerhalb des Schaltschrankes und Umgebungsparameter außerhalb des Schaltschranks ermittelt werden können.
Mit einem optischen Sensor o kann im Wege einer Triangulation auch der Status der Schaltschranktür ermittelt werden. Hierzu kann auch ein Ultraschallsensor oder ein Infraschallsensor verwendet werden. Der optische Sensor o kann ein IR-Sensor sein. Er kann aber auch ein UV-Sensor sein. Mit dem optischen Sensor o kann auch das Tageslicht beziehungsweise Umgebungslicht bestimmt werden. Ferner wird im nicht Ex-Bereich eine Detektion kritischer Zustände, wie beispielsweise die Entwicklung von Rauchgasen ermöglicht, wenn die Vorrichtung einen Rauchgassensor afuweist.
Die Sensorsignale der Sensoren f, t, s, b, o werden einer Auswerteeinrichtung a zugeführt. Bei dieser Auswerteeinrichtung a kann es sich um einen Mikrokontroller oder einen Mikroprozessor handeln, der mit einer Auswerteregel r programmiert ist. Die Auswerteregel r wertet die Sensorsignale aus, um ein Überwachungssignal abzugeben. Das Überwachungssignal kann ein Fehlersignal oder ein Warnsignal sein.
Die Auswerteeinrichtung a beziehungsweise die Auswerteregel r kann eine Türüberwachung in folgender Weise vornehmen:

– Fehlererkennung durch sprunghafte bleibende Veränderung des optischen Wertes,
– Langzeittoleranzausgleich durch permanenten Nachgleich des optischen Wertes bei sehr langsamer Veränderung der Temperatur über die Zeit
– Zusätzlich Ableitung auf Undichtigkeiten im Türgummi durch Prüfung des zeitlichen Verlaufs beziehungsweise des Verhältnisses von Temperatur und Luftfeuchte
– Auswertung des Lichtspektrums
– Bestimmung der Oberflächentemperatur der Tür und der Innentemperatur des Schaltschranks.

Die Luftfeuchte und die Lufttemperatur innerhalb des Schaltschranks kann nach folgenden Kriterien überwacht werden:

– Permanente Aufnahme und Bewertung der Ist-Werte und Vergleich mit vorgegebenen Soll-Werten
– Berechnung des Taupunktes beziehungsweise der absoluten Feuchtigkeit aus den Messwerten
– Über externe Temperatursensoren, beispielsweise einen Thermopile-Sensor die berührungslose Überwachung kritischer Punkte im Schaltschrank, beispielsweise die Leistungskomponenten.

Die Auswerteeinrichtung a berücksichtigt darüber hinaus bei der Abgabe des Überwachungssignals ü auch die zeitliche Änderung mehrerer Umgebungsparameter. Ein Überwachungssignal wird beispielsweise nur dann abgegeben, wenn mindestens zwei Umgebungsparameter sich in einer vorbestimmten Richtung in einer vorbestimmten Weise über eine vorbestimmte Zeit ändern. Die Übertragung des Überwachungssignals zur Schaltzentrale kann über einen gesonderten Kommunikationskanal ü, beispielsweise über eine potenzial getrennte Zweidrahtleitung erfolgen. Die Leistungsversorgung der Vorrichtung kann über eine gesonderte Leitung e erfolgen.
Es ist aber auch möglich, die Kommunikation über die Leistungsübertragungsleitung e durchzuführen.
Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt in ihrer Einfachheit und der Möglichkeit einer nachträglichen Montage in vorhandenen Schaltkästen oder -schränken. Die Energieversorgung und Signalübertragung erfolgt mit den in der Automatisierungstechnik üblichen Mitteln. Die Überwachungsvorrichtung erlaubt nicht nur die Übermittlung eines Fehlersignals an eine Schaltzentrale, falls einer oder mehrere der Umgebungsparameter außerhalb des Gut-Wert-Bereichs liegen. Mit Hilfe einer Trendanalyse ist es zudem möglich, schon frühzeitig auf einen möglichen Ausfall hinzuweisen. Auf jeden Fall lässt sich mit der Vorrichtung bei einem Ausfall oder einem drohenden Ausfall der Ort des Problems schnell lokalisieren. Ausfallzeiten können somit mit geringem Aufwand erheblich reduziert werden. Eine intelligente Auswerteregel sorgt zudem dafür, dass bei einem kurzfristigen Öffnen der Schaltschranktür kein Fehlersignal abgegeben wird, obwohl der die Stellung der Schaltschranktür überwachende Sensor ausgelöst wird und sich eventuell die Luftfeuchtigkeit und die Lufttemperatur im Schaltschrank ändert. Fallen die Umgebungsparameter nach einer vorgegebenen Zeit zurück in den Gut-Wert-Bereich, wird die Abgabe eines Fehlersignals unterdrückt.
Für die Ermittlung des Überwachungssignals ü an eine zentrale Leitstelle l bedarf es lediglich einer Zweidraht-Leitung. Hierzu kann eine bereits vorhandene Datenleitung verwendet werden. Auch die Leistungsversorgung der Überwachungsvorrichtung kann von außen erfolgen. Dies kann über eine gesonderte Zweidraht-Leitung e erfolgen, über die die Überwachungsvorrichtung auch von der Leitstelle l konfigurierbar beziehungsweise parametrierbar ist. Das Überwachungssignal kann auch über die Energieversorgungsleitung e übertragen werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung besitzt ein Gehäuse, welches nachträglich in einen Schaltschrank eingesetzt werden kann, um die dortigen Umgebungsparameter zu überwachen. In Altbeständen kann es vorkommen, dass durch mechanische Beeinträchtigungen oder altersbedingt die Schaltschranktür nicht ordnungsgemäß schließt. Ein den Betriebszustand der Schaltschranktür überwachender Sensor gibt in diesem Fall einen Gut-Wert ab. Gleichwohl kann es aber aufgrund einer undicht gewordenen Gummidichtung vorkommen, dass feuchte Luft von außen in den Schaltschrank hineindringt und dort nach einem Temperaturwechsel, insbesondere einem Temperaturabfall an elektrischen Komponenten kondensiert. Um dies zu vermeiden, wird mit der Vorrichtung der zeitliche Verlauf der Luftfeuchtigkeit und der Lufttemperatur innerhalb des Schaltschranks gemessen. Auf diese Weise kann ermittelt werden, wann ein Taupunkt unterschritten wird, also die Gefahr einer Schwitzwasserbildung entsteht.
Die Erfindung betrifft insbesondere ein Gerät, welches in einen bereits bestehenden Schaltschrank, der seit Jahren benutzt wird, eingesetzt werden kann. Das Gerät ist bevorzugt derart ausgestaltet, dass es vollständig autark arbeitet und allenfalls Betriebsenergie aus dem Schaltschrank bezieht. Es ist aber auch möglich, dass anstelle einer Stromverbindung zu einer Stromquelle innerhalb des Schaltschrankes eine langlebige Batterie vorgesehen ist. Das Gerät verwendet bevorzugt keine bestehenden Datenkommunikationskanäle, sondern einen eigenen Kommunikationskanal, um mit einer Schaltzentrale zu kommunizieren. Das Gerät besitzt bevorzugt eigene mechanische Befestigungsmittel, mit denen es an einer Wand innerhalb des Schaltschranks befestigt werden kann, beispielsweise an einer Hutschiene. Das Gerät ist in seiner Grundausstattung bereits mit einem Temperatursensor und einem Luftfeuchtesensor und gegebenenfalls auch mit einem optischen oder einem Schallsensor ausgestattet, mit dem der Öffnungszustand der Schaltschranktür ermittelbar ist. Darüber hinaus besitzt das Gerät in seiner Grundausstattung bereits ein oder mehrere Schnittstellen, beispielsweise in Form von Steckdosen oder Klemmkontakten, an die Zuleitungen angeschlossen werden, die das Gerät mit externen Sensoren verbinden. Das Gerät besitzt eine frei parametrierbare Firmware, mit der das Gerät an voneinander verschiedene Konfigurationen anpassbar ist.
Die vorstehenden Ausführungen dienen der Erläuterung der von der Anmeldung insgesamt erfassten Erfindungen, die den Stand der Technik zumindest durch die folgenden Merkmalskombinationen jeweils auch eigenständig weiterbilden, nämlich: Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie zur Überwachung eines Schaltschranks mit einer Sensoreinrichtung b, f, o, t, s in der Lage ist, eine zeitliche Änderung eines oder mehrerer der Umgebungsparameter wie Luftfeuchte im Schaltschrank, Lufttemperatur im Schaltschrank und/oder Stellung der Schaltschranktür zu erkennen, und die ein oder mehrere diesbezügliche Sensorsignale erzeugt, mit einer Auswerteeinrichtung a, die die ein oder mehreren Sensorsignale nach einer vorgegebenen Auswerteregel r auswertet und ein Überwachungssignal ü erzeugt, und mit einer Kommunikationseinrichtung, die das Überwachungssignal ü über einen Kommunikationskanal an eine Schaltzentrale l übermittelt und/oder über eine LED am Ort des Schaltschranks angezeigt.
Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass der Kommunikationskanal eine Zweidrahtleitung und das Überwachungssignal ü ein digitales, insbesondere binäres Fehlersignal ist.
Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Auswahlregel r eine Vielzahl von innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls ermittelte Werte eines oder mehrerer Umgebungsparameter und insbesondere die jeweils von einem Sensor b, f, o, t, s gemessene Luftfeuchte im Schaltschrank, Lufttemperatur im Schaltschrank und Schaltstellung der Schaltschranktür berücksichtigt, so dass durch eine geeignete Verknüpfung interner oder externer Sensoren eine von den Einzelsensoren nicht unmittelbar erfassbare qualitative Größe zur Bewertung eines Schaltschrankzustandes ermittelbar ist, beispielsweise der Taupunkt, die absolute Feuchte, die Temperaturverteilung im Schaltschrank oder eine Rauchentwicklung.
Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Auswerteregel r die Tageszeit und/oder externe Umgebungsparameter der Außenumgebung des Schaltschrankes, wie die Außenumgebungstemperatur und/oder die Außenumgebungsluftfeuchte berücksichtigt.
Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Auswerteeinrichtung a einen Datenspeicher zur Speicherung des zeitlichen Verlaufs der von der Sensoreinrichtung b, f, o, t, s gemessen Umgebungsparameter aufweist.
Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Leistungsversorgung der Vorrichtung über eine mit 4 bis 20 mA bestrombare Leitung e oder durch eine Batterie erfolgt.
Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Vorrichtung nach dem HART-Protokoll über die Leistungsversorgungsleitung e oder autark am Schaltschrank konfigurierbar und parametrierbar ist.
Eine Vorrichtung, die gekennzeichnet ist durch mindestens einen externen Temperatursensor b zur Überwachung der Temperatur einer im Schaltschrank angeordneten elektronischen Schaltung und/oder einen Rauchgassensor.
Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass mit der Verwendung mindestens eines Sensor o, insbesondere eines optischen Sensors, der Betriebszustand der Vorrichtung änderbar ist.
Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass zumindest ein Sensor o ein optischer Sensor ist, mit dem die Beleuchtungsstärke insbesondere im sichtbaren, infraroten oder ultravioletten Licht innerhalb des Schaltschranks oder außerhalb des Schaltschranks ermittelbar ist.
Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass mit zumindest einem Sensor o, insbesondere einem optischen, akustischen oder mechanischen Sensor, beispielsweise über eine Triangulation die Stellung der Schaltschranktür ermittelbar ist.
Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Auswerteeinrichtung a so eingerichtet beziehungsweise die Auswerteregel r so programmiert ist, dass das Öffnen der Schaltschranktür und/oder das Überschreiten eines Schwellwertes der Luftfeuchte oder das Überschreiten eines Schwellwertes der Lufttemperatur nur dann zur Abgabe eines Fehlersignals führt, wenn der vom zugehörigen Sensor ermittelte Wert des Umgebungsparameters für eine vorgegebene Zeit außerhalb des Gut-Wertbereiches liegt, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass eine die hierzu die Zeit messende Uhr wieder auf Null gesetzt wird, wenn der Umgebungsparameter innerhalb der vorgegebenen Zeit zurück in den Gut-Wertbereich fällt.
Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass das Überwachungssignal ü ein Warnsignal ist, welches abgegeben wird, wenn sich einer der Umgebungsparameter für eine vorbestimmte Zeit in einer vorbestimmten Richtung kontinuierlich ändert.
Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Vorrichtung ein Gehäuse aufweist, welches nachträglich in einen mit elektronischen Komponenten bestückten Schaltschrank unter Verwendung von Standard-Befestigungsmitteln befestigbar ist, wobei innerhalb des Gehäuses zumindest ein Temperatursensor t, ein Feuchtesensor, vorgesehen ist, wobei zumindest ein Sensor zur Ermittlung der Stellung der Schaltschranktür und zumindest eine Schnittstelle zum Anschließen eines externen Sensors vorgesehen ist, wobei die Vorrichtung mit einem Kommunikationskanal mit einer Schaltzentrale zur Übermittlung eines Überwachungssignals ü verbindbar ist, welcher Kommunikationskanal von einem bestehenden Datenkommunikationskanal, mit dem die elektronischen Komponenten des Schaltschranks mit einer Schaltzentrale kommunizieren, verschieden ist und die Vorrichtung eine konfigurierbare elektronische Controllereinrichtung aufweist.
Alle offenbarten Merkmale sind (für sich, aber auch in Kombination untereinander) erfindungswesentlich. In die Offenbarung der Anmeldung wird hiermit auch der Offenbarungsinhalt der zugehörigen/beigefügten Prioritätsunterlagen (Abschrift der Voranmeldung) vollinhaltlich mit einbezogen, auch zu dem Zweck, Merkmale dieser Unterlagen in Ansprüche vorliegender Anmeldung mit aufzunehmen. Die Unteransprüche charakterisieren mit ihren Merkmalen eigenständige erfinderische Weiterbildungen des Standes der Technik, insbesondere um auf Basis dieser Ansprüche Teilanmeldungen vorzunehmen.
Bezugszeichenliste:

a

Auswerteeinrichtung

b

Externer Sensor

e

Leistungsübertragungsleitung

f

Feuchtigkeitssensor

l

Schaltzentrale

o

Optischer Sensor

r

Auswerteregel

s

REED-Kontakt

t

Temperatursensor

ü

Überwachungssignal

Claims

Vorrichtung zur Überwachung eines Schaltschranks mit einer Sensoreinrichtung (b, f, o, t, s), die in der Lage ist, eine zeitliche Änderung eines oder mehrerer der Umgebungsparameter wie Luftfeuchte im Schaltschrank, Lufttemperatur im Schaltschrank und/oder Stellung der Schaltschranktür zu erkennen, und die ein oder mehrere diesbezügliche Sensorsignale erzeugt, mit einer Auswerteeinrichtung (a), die die ein oder mehreren Sensorsignale nach einer vorgegebenen Auswerteregel (r) auswertet und ein Überwachungssignal (ü) erzeugt, und mit einer Kommunikationseinrichtung, die das Überwachungssignal (ü) über einen Kommunikationskanal an eine Schaltzentrale (l) übermittelt und/oder über eine LED am Ort des Schaltschranks angezeigt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kommunikationskanal eine Zweidrahtleitung und das Überwachungssignal (ü) ein digitales, insbesondere binäres Fehlersignal ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswahlregel (r) eine Vielzahl von innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls ermittelte Werte eines oder mehrerer Umgebungsparameter und insbesondere die jeweils von einem Sensor (b, f, o, t, s) gemessene Luftfeuchte im Schaltschrank, Lufttemperatur im Schaltschrank und Schaltstellung der Schaltschranktür berücksichtigt, so dass durch eine geeignete Verknüpfung interner oder externer Sensoren eine von den Einzelsensoren nicht unmittelbar erfassbare qualitative Größe zur Bewertung eines Schaltschrankzustandes ermittelbar ist, beispielsweise der Taupunkt, die absolute Feuchte, die Temperaturverteilung im Schaltschrank oder eine Rauchentwicklung.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteregel (r) die Tageszeit und/oder externe Umgebungsparameter der Außenumgebung des Schaltschrankes, wie die Außenumgebungstemperatur und/oder die Außenumgebungsluftfeuchte berücksichtigt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (a) einen Datenspeicher zur Speicherung des zeitlichen Verlaufs der von der Sensoreinrichtung (b, f, o, t, s) gemessen Umgebungsparameter aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsversorgung der Vorrichtung über eine mit 4 bis 20 mA bestrombare Leitung (e) oder durch eine Batterie erfolgt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung nach dem HART-Protokoll über die Leistungsversorgungsleitung (e) oder autark am Schaltschrank konfigurierbar und parametrierbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens einen externen Temperatursensor (b) zur Überwachung der Temperatur einer im Schaltschrank angeordneten elektronischen Schaltung und/oder einen Rauchgassensor.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Verwendung mindestens eines Sensor (o), insbesondere eines optischen Sensors, der Betriebszustand der Vorrichtung änderbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Sensor (o) ein optischer Sensor ist, mit dem die Beleuchtungsstärke insbesondere im sichtbaren, infraroten oder ultravioletten Licht innerhalb des Schaltschranks oder außerhalb des Schaltschranks ermittelbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit zumindest einem Sensor (o), insbesondere einem optischen, akustischen oder mechanischen Sensor, beispielsweise über eine Triangulation die Stellung der Schaltschranktür ermittelbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (a) so eingerichtet beziehungsweise die Auswerteregel (r) so programmiert ist, dass das Öffnen der Schaltschranktür und/oder das Überschreiten eines Schwellwertes der Luftfeuchte oder das Überschreiten eines Schwellwertes der Lufttemperatur nur dann zur Abgabe eines Fehlersignals führt, wenn der vom zugehörigen Sensor ermittelte Wert des Umgebungsparameters für eine vorgegebene Zeit außerhalb des Gut-Wertbereichs liegt, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass eine die hierzu die Zeit messende Uhr wieder auf Null gesetzt wird, wenn der Umgebungsparameter innerhalb der vorgegebenen Zeit zurück in den Gut-Wertbereich fällt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Überwachungssignal (ü) ein Warnsignal ist, welches abgegeben wird, wenn sich einer der Umgebungsparameter für eine vorbestimmte Zeit in einer vorbestimmten Richtung kontinuierlich ändert.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein Gehäuse aufweist, welches nachträglich in einen mit elektronischen Komponenten bestückten Schaltschrank unter Verwendung von Standard-Befestigungsmitteln befestigbar ist, wobei innerhalb des Gehäuses zumindest ein Temperatursensor (t), ein Feuchtesensor, vorgesehen ist, wobei zumindest ein Sensor zur Ermittlung der Stellung der Schaltschranktür und zumindest eine Schnittstelle zum Anschließen eines externen Sensors vorgesehen ist, wobei die Vorrichtung mit einem Kommunikationskanal mit einer Schaltzentrale zur Übermittlung eines Überwachungssignals (ü) verbindbar ist, welcher Kommunikationskanal von einem bestehenden Datenkommunikationskanal, mit dem die elektronischen Komponenten des Schaltschranks mit einer Schaltzentrale kommunizieren, verschieden ist und die Vorrichtung eine konfigurierbare elektronische Controllereinrichtung aufweist.
Vorrichtung, gekennzeichnet durch eines oder mehrere der kennzeichnenden Merkmale eines der vorhergehenden Ansprüche.