03.03.2020

Echtzeit-Zustandsüberwachung und -Analyse

Fit für das Internet der Dinge

Überspannungsschutzeinrichtungen sind als sicherheitsrelevante Komponenten wesentlicher Bestandteil einer zuverlässigen Automatisierungstechnik. Bei der kontinuierlichen Überwachung und vorausschauenden Wartung spielenInformationen zu Status und Leistungsfähigkeit dieser Komponenten sowie zum Status der Anlage selbst eine wichtige Rolle. ImpulseCheck erfasst alle diese Informationen - und macht sie auch im Internet der Dinge nutzbar.


ImpulseCheck erfasst Daten zu Zustand und Leistungsfähigkeit des Überspannungsschutzes sowie der Anlage selbst - und macht diese Daten im Internet der Dinge nutzbar.
Bild: Phoenix Contact Deutschland GmbH

Die grüne OK-Meldung einer typischen Statusanzeige einer Überspannungs-Schutzeinrichtung - nachfolgend auch SPD (Surge Protective Device) genannt, die am Gerät selbst erkannt oder über einen Fernmeldekontakt ausgelesen wird, lässt keinen Rückschluss auf den aktuellen Zustand des Ableiters zu. Auch die seit der Installation aufgetretene spezifische Belastung durch Stoßströme und transiente Überspannungen ist unbekannt. Die Prüfung einer solchen Anzeige im Rahmen von Wartungseinsätzen oder im Zuge der wiederkehrenden Abnahme eines Blitzschutzsystems hat demnach nur eine begrenzte Aussagekraft. Bereits am nächsten Tag könnte der Überspannungsschutz ausfallen - aber auch erst in einigen Jahren. Hier setzt das neue System ImpulseCheck von Phoenix Contact an. Stoßströme und transiente Überspannungen, die das SPD ableitet und begrenzt, werden in Echtzeit erfasst und können dann in der Proficloud-Applikation ImpulseAnalytics analysiert werden. Neben umfangreichen Tools zur Auswertung der Messdaten, die dem Anwender zur Verfügung stehen, wird für SPDs von Phoenix Contact auch der sogenannte State of Health (SoH) für jeden Schutzpfad berechnet. Dabei handelt es sich um den aktuellen Zustand des Ableiters. Im Gegensatz zum bisherigen, rein reaktiven Austausch von Überspannungsschutz aufgrund seiner Grün-Rot-Statusanzeige lassen sich mit dieser Zustandsinformation prädiktive Wartungspläne umsetzen. Dies steigert die Effizienz von Service-Einsätzen, spart Kosten und optimiert den Schutz der Anlagenverfügbarkeit.

Anbindung an die Proficloud

Das ImpulseCheck-System besteht aus bis zu vier externen Sensoren, einer Auswerte- und Kommunikationseinheit und der Proficloud-Applikation ImpulseAnalytics. Die Sensoren werden an den Anschlussleitungen des SPDs zu den aktiven Leitern der Stromversorgung angebracht. Stoßströme und transiente Überspannungen, die das SPD ableitet und begrenzt, werden von den Sensoren erfasst und in der Auswerte- und Kommunikationseinheit aufbereitet. Von dort werden die Messdaten per Ethernet über einen verschlüsselten Kommunikationskanal zur Proficloud gesendet. In der Applikation ImpulseAnalytics werden die Messdaten zu typischen Kenngrößen wie Amplitude, Ladung und spezifischer Energie verdichtet und stehen zur Visualisierung, zur Analyse und zum Export für eigene Auswertungen bereit. Der modulare Aufbau des Systems mit externen Sensoren und einer separaten Auswerte- und Kommunikationseinheit eröffnet ein großes Spektrum an Anwendungen. Speziell in weit verzweigten Anlagen mit einer Vielzahl an Gewerken, die oft unterschiedlich exponiert bzw. anfällig für die Beeinflussung durch Überspannungen sind, können neuralgische Punkte durch ImpulseCheck überwacht werden, um ein differenzierteres Bild über den momentanen Zustand der Anlage zu erlangen. Je nach Applikation sind neben der Neuinstallation des Systems auch der Retrofit in bestehenden Anlagen mit bereits installiertem Überspannungsschutz oder der Einsatz als reines Messgerät ohne zu überwachendes SPD möglich.

Permanenter Gesundheits-Check

Eine der Kernfunktionen von ImpulseCheck ist die Berechnung des SoH für die einzelnen Schutzpfade des überwachten Überspannungsschutzgerätes von Phoenix Contact. Der SoH gibt Auskunft darüber, wie leistungsfähig der Schutz noch ist, und empfiehlt gegebenenfalls den Austausch - und das zuverlässig noch vor dem Ausfall des Geräts. Die Berechnungen basieren dabei auf den durch den ImpulseCheck seit der Installation des SPDs gesammelten Daten zu Stoßströmen und transienten Überspannungen. Die Einzelereignisse werden auf ihr Schädigungspotenzial je nach SPD hin analysiert, und auch die kumulierte Belastung durch zahlreiche Ereignisse über den gesamten Installationszeitraum wird in Betracht gezogen. Hierbei kommen Algorithmen zum Einsatz, die einerseits die unterschiedlichen Alterungsmechanismen der verschiedenen Überspannungsschutz-Komponenten berücksichtigen, und die andererseits auf Daten aus der Produktentwicklung und aus normativen Prüfungen zurückgreifen. Dank der cloudbasierten Analyse wird diese intelligente Beurteilung kontinuierlich weiterentwickelt und verfeinert. Auch künftige Ansätze im Bereich des maschinellen Lernens (Machine Learning) sind mit dieser Lösung kein Problem. Die Proficloud-Applikation ImpulseAnalytics verschafft dem Anwender Zugang zu den von ImpulseCheck gemessenen Daten. Die erfassten Stoßströme werden für jeden Leiter des überwachten Stromversorgungssystems listenbasiert dargestellt - mit relevanten Kenngrößen wie Amplitude, Ladung und spezifischer Energie. Die Einzelereignisse können jeweils über eine integrierte Plot-Funktion visualisiert werden oder als CSV-Datensatz exportiert werden. Die Daten zu den Stoßströmen sind entscheidend für die Berechnung des SoH - und geben darüber hinaus Aufschluss über das Auftreten von Überspannungen atmosphärischen Ursprungs oder solchen, die durch Schalthandlungen an induktiven Lasten ausgelöst werden.

Benutzerdefinierte Benachrichtigungen

Für die erfassten transienten Überspannungen steht ein umfangreiches Analyse-Tool zur Verfügung, das die Erstellung individueller Tabellen und Histogramme ermöglicht. Über diese Funktion kann mit dem ImpulseCheck auch eine EMV-Analyse der Anlage in Bezug auf hochfrequente Störungen erfolgen. Dank der zeitgenauen Auflösung können Korrelationen zwischen den Betriebszuständen einzelner Anlagenteile und dem Auftreten elektromagnetischer Störungen hergestellt werden. Eine weitere wichtige Funktion von ImpulseAnalytics ist die Möglichkeit zur Konfiguration benutzerdefinierter Benachrichtigungen. Sämtliche Ereignisse können individuell an beliebige Mailing-Listen gemeldet werden. Auch ein detaillierter Statusbericht zum aktuellen Zustand des überwachten SPDs kann auf Knopfdruck erstellt oder in regelmäßigen Abständen versendet werden. Durch die kontinuierliche Berechnung des SoH in Verbindung mit dem Statusbericht zur Dokumentation erübrigt sich eine manuelle Prüfung von Überspannungsschutzgeräten im Rahmen der wiederkehrenden Abnahme von Blitzschutzsystemen nach IEC 62305-3. Um die Daten des ImpulseCheck-Systems auch für Leitsysteme und andere Anwendungen nutzbar zu machen, verfügt ImpulseAnalytics über eine REST-Schnittstelle zum Abruf sämtlicher Zustandsmeldungen und Ereignisse. Mit dieser offenen Architektur ist das System schon heute gerüstet für zahlreiche künftige Entwicklungen und neue digitale Geschäftsmodelle.

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Fazit

Im Zuge der voranschreitenden Digitalisierung werden Zustandsdaten und Informationen zu einzelnen Komponenten immer wichtiger. Denn sie sind der Schlüssel, um Systeme künftig autonom zu gestalten und das Internet der Dinge mit Leben zu füllen. ImpulseCheck bietet eine Echtzeitüberwachung von Überspannungsschutzgeräten und macht deren SoH transparent. Darüber hinaus bietet es tiefgreifende Analysemöglichkeiten im Hinblick auf die elektromagnetische Verträglichkeit innerhalb einer Anlage. Die Möglichkeit zu handeln, noch bevor es zum Ausfall einer Komponente kommt, und damit die erhebliche Steigerung von Verfügbarkeit und Effizienz - sind das Ergebnis.

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