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Drei Faktoren für größtmögliche Packungsdichte in Leittechnikschränken

erstellt am: 24.04.2019 | von: | Kategorie(n): Feldbus

Leittechnikschrank auf Schiff

Anlagenbetreiber stehen auch bei Feldbus-basierter Automation immer vor der Herausforderung, Leittechnikschränke so platzsparend wie möglich zu konstruieren. Insbesondere der benötigte Platz in Leittechnikschränken ist bei Feldbusinstallationen sehr gering, da es keine Zwischenverdrahtungsebenen gibt und jedes aus dem Schrank versorgte Feldkabel bis zu 20 Feldgeräte mit der Leittechnik verbindet. Die Anzahl an Segmenten, die pro Schrank installiert werden können, spielt bei der Planung eine entscheidende Rolle. Vereinfacht ausgedrückt bedeuten mehr Segmente pro Schrank, weniger Schränke im Versorgungsraum und damit verbunden eine signifikante Kosteneinsparung beim Bau. All diese Faktoren bedeuten also Einsparungen für den Investor, den Planer und den Anlagenbetreiber. Um dieses Ziel zu erreichen, sind drei Faktoren zu berücksichtigen:

1. Wärmeentwicklung während des Betriebs

Bei der Installation eines Leittechnikschranks müssen Anlagenplaner nicht nur die vorhandene Fläche und Verkabelung in Betracht ziehen, sondern auch die Verlustleistung von installierten Komponenten und damit die Wärmeentwicklung im Inneren eines Leittechnikschrankes. Falls es dabei zu einer zu hohen Wärmeentwicklung kommt, muss auf aktive Kühlungen, wie Lüfter oder Klimaanlagen, zurückgegriffen werden. Für eine kostengünstigere Alternative sollte jedoch bereits zu Beginn auf Module mit geringer Hitzeabgabe zurückgegriffen werden.

Anschaulich lässt sich dies im Vergleich zweier Produkte von Pepperl+Fuchs zeigen.

Tabelle Vergleichsprodukte

In einem durchgeführten Test (Bild 2) lag die Verlustleistung der ausgewählten Hilfsstromversorgung bei 300W.

Tabelle 2 Vergleichsprodukte

Das FieldConnex® High-Density Power Hub (mittlerweile ausgemustert) hat eine maximale Verlustleistung von 2.54W pro Segment, während das aktuell neueste Compact Power Hub nur 2.37W pro Segment in Wärme umsetzt. Mit den netto zur Verfügung stehenden 300W Wärmekapazität kann in dem durchgeführten Test ein Schrank, 118 Segmente des High-Density Power Hub und 126 Segmente des Compact Power Hub versorgen. In diesem Berechnungsbeispiel wird eine Außentemperatur von 40 °C als Wert angenommen, wobei die Innentemperatur bis zu 52 °C betragen darf.

Tabelle 3 Vergleichsprodukte

2. Die Hilfsstromversorgung

Die Anzahl anschließbarer Feldbus-Stromversorgungen ist abhängig von dem bereitgestellten Maximalstrom der Hilfsstromversorgung. Fallstudie B zeigt beispielhaft, dass der Strom die Anzahl der Segmente am stärksten begrenzt, hier: eine maximale Anzahl von 112 Segmenten.

Tabelle 4 Vergleichsprodukte

3. Größe der Feldbus-Stromversorgung

Natürlich spielt auch die Größe der Feldbus-Stromversorgung bei der Bauplanung eine Rolle, wobei Leittechnikschränke ausreichend Montageraum für eine Installation bieten. Daher fällt dieser Faktor weniger stark ins Gewicht als die vorangegangenen Punkte, wie Stromversorgung und Wärme, welche die Anzahl der Segmente stärker beeinflussen, als die alleinige Größe der Feldbus-Stromversorgung.

Ein Zusatznutzen: Eine geringfügig kleinere Verlustleistung pro Segment bedeutet im Dauerbetrieb einer Anlage eine zwar kleine, aber dennoch spürbare Reduktion der Kosten für elektrische Energie: Bei 1200 Segmenten entspricht eine um 0,5W geringere Verlustleistung pro Segment bereits einer Einsparung von mehr als 5 MWh pro Jahr.

Zusammenfassung

Wärmeentwicklung, Stationsversorgung und die Größe der Feldbus-Stromversorgung sind drei wichtige Faktoren, die bei der Planung sowohl von neuen als auch der Modernisierung bestehender Anlagen zu berücksichtigen sind. Während der Planungsphase muss genau kalkuliert werden, wie die Abwärme der gewählten Module das Raumklima eines Leittechnikschrankes beeinflusst, ohne die vorhandene Kühltechnik zu überlasten. Zum anderen begrenzt die Hilfsstromversorgung des Schrankes die potenzielle Anzahl von Segmenten. Als letzter Faktor spielt auch die Größe der Feldbus-Stromversorgung eine Rolle, die jedoch durch die kompakte Bauform heutiger Elektronik in der Regel nicht allzu stark ins Gewicht fällt.

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