Sensordatenverarbeitung in intelligenten DC-Stromverteilungssystemen

Modular anpassbar

Die zentrale Überwachung von IT-Racks ist in Datencentern und kommunikationstechnischen Anlagen für einen kosteneffizienten Betrieb essenziell. Dabei gewinnt die Erfassung und Verarbeitung der enormen Datenmengen, die externe Signalgeber wie Sensoren liefern, immer mehr an Bedeutung. Entscheidungen aufgrund von Zustandsmeldungen sollen möglichst automatisiert und selbständig vom System getroffen werden, um Ausfälle der aktiven Technik zu verhindern. Das modulare System ControlPlex Rack von E-T-A bietet neben Stromverteilung und Überstromschutz auch die Möglichkeit Sensoren zu integrieren und deren Umgebungsdaten sinnvoll zu verarbeiten.

Modulares Stromverteilungssystem ControlPlex Rack mit optionalen Baugruppen (Bild: E-T-A Elektrotechnische Apparate GmbH)

Egal ob bei der Planung einer neuen Rechenzentrumsinfrastruktur, bei der Erweiterung von bestehenden Systemschränken oder bei Änderungen des Equipments innerhalb eines Racks. Stets ist die Stromversorgung sowie deren Unterverteilung eine der essenziellen Notwendigkeiten in Datencentern oder kommunikationstechnischen Anlagen. Während Server im Datencenterbereich derzeit noch vorwiegend mittels Wechselstrom (AC) versorgt werden, ist in der traditionellen Kommunikationstechnik eine flächendeckende Gleichstromversorgung mit der für diesen Bereich typischen Spannungsebene von 48 oder 60VDC der Stand der Technik. Die zuverlässige Stromverteilung sowie den Schutz der zu versorgenden Komponenten bewältigen im Systemschrank häufig konventionelle Stromverteilungssysteme mit hydraulisch-magnetischen Schutzschaltern. Diese Art der Sicherungs- und Verteilungsfelder stößt in modernen Infrastrukturen allerdings an ihre Grenzen, da Features wie Messdatenerfassung, eine transparente Überwachung oder Steuerung mittels Remote-Zugriff nicht möglich sind. Auch ist eine Integration von Sensoren und die Verarbeitung ihrer Daten mit konventionellen Stromverteilungssystemen nicht realisierbar. Für diese anspruchsvollen Anwendungsfälle bieten intelligente DC-Stromverteilungssysteme mit elektronischen Sicherungsautomaten und I/O-Schnittstellen, wie dem ControlPlex Rack von E-T-A, eine zukunftsweisende Alternative.

Begriffsklärung Sensoren und Aktoren

Sensoren sind aus dem Alltag einer digitalisierten Welt nicht mehr wegzudenken. Oft bringen wir sie mit automatischen Vorgängen in Zusammenhang, wenn wir beispielsweise an Bewegungsmelder denken. Der Begriff Sensor stammt vom lateinischen Wort „sentire“ ab, welches im deutschen Sprachgebrauch „fühlen“ oder „empfinden“ heißt. Diese Begriffsherkunft beschreibt die Hauptaufgabe eines Sensors bereits sehr exakt. Sie besteht darin, physikalische oder chemische Größen, z.B. Temperatur, Helligkeit oder Feuchte zu messen und später in ein elektrisches Signal umzuwandeln. Als Gegenstück zum Sensor fungiert der sogenannte Aktor. Dieser kann die vom Sensor gemeldeten elektrischen Signale richtig interpretieren, eine physikalische Größe erzeugen und anschließend die richtige Aktion durchführen. Dadurch entstehen logische Prozessketten, die vom Sammeln der Informationen, der Umwandlung in elektrische Signale bis hin zur Durchführung von Aktionen alles vollkommen automatisiert bewerkstelligen. Diese Kombination aus Sensoren und Aktoren wird auch im Schaltschrank oder in IT-Racks häufig benötigt. Ein einfaches Beispiel für solch einen Ablauf wäre ein Temperatursensor, der die zu hohe Umgebungstemperatur meldet. Ein elektrischer Schutzschalter wird daraufhin eingeschaltet und ein Lüfter beginnt sich zu drehen.

I/O-Schnittstellen / Karten als Basis für die Signalsammlung

Der erste und wichtigste Schritt beim Aufbau einer automatisierten Prozesskette ist das Sammeln der bereitgestellten Signale der Sensoren. Das ist in den meisten Fällen die Aufgabe von separaten Input/Output-Baugruppen. Modulare Komplettsysteme, wie das ControlPlex Rack, integrieren diese Funktionalität einfach und platzsparend durch das Stecken einer Baugruppe, z.B. dem External Alarm Interface (EAI300), in das 19″-Stromverteilungssystem. Dies hat den großen Vorteil, dass im Systemschrank keine zusätzlichen wertvollen Höheneinheiten verloren gehen und diese für Router, Server oder Switches zur Verfügung stehen. Das External Alarm Interface (EAI300) bietet neben acht digitalen Eingängen auch einen analogen Eingang und zwei digitale Relais-Ausgänge. Damit lassen sich Sensoren, wie Temperatur und Luftfeuchtigkeit, Näherungs- oder auch Vibrations- und Kontaktanschlüsse einfach anschließen. Mittels integriertem BUS-System ist das EAI300 mit allen elektronischen Sicherungsautomaten sowie der Kommunikationsbaugruppe „Remote Control Interface“ (RCI10) verbunden. Diese bildet das intelligente Herzstück des Systems und übernimmt neben der internen Kommunikation auch die Verbindung des ControlPlex Rack-Systems mit der übergeordneten Steuerungs- oder Leitwarte. Das hilft dabei Sensordaten, Statuszustände und Fehlermeldungen abzufragen, zwischen zu speichern und an das Managementsystem weiterzugeben bzw. es zu alarmieren. Die integrierte Ethernet-Schnittstelle ermöglicht die Einbindung des gesamten Stromverteilungssystems ins Unternehmensnetzwerk und die weltweite Übermittlung der Daten an die Administratoren. Für die Datenübertragung stehen dabei „TCP/IP“ oder auch die Protokolle „SNMP (v1, v2, v3)“ und „http/https“ zur Verfügung.

External Alarm Interface (EAI300) als Signalsammler für Sensoren im Rechenzentrum (Bild: E-T-A Elektrotechnische
Apparate GmbH)

Alarmfunktionalität und logische Verknüpfungen

Sprechen wir von Stromverteilungssystemen im Kontext von Industrie 4.0, bietet die reine Integration von Sensoren allerdings noch nicht die Möglichkeit zu automatisierten Aktionen. Hierfür sind vor allem softwareseitig Zusatzfeatures, wie sie beispielsweise moderne speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) bieten, notwendig. Die Kombination aus RCI10 und EAI300 erlaubt es, die beiden digitalen Relais-Ausgänge eventorientiert zu schalten. So kann der Anwender eine Logikfunktion mit den gängigen Befehlen „AND, OR, NOT“ konfigurieren und mit Betriebszuständen des elektronischen Sicherungsautomaten verknüpfen. Das Hinzuschalten eines zusätzlichen Lüfters im Falle einer Temperaturüberschreitung im IT-Rack oder andere komplett eigen gesteuerte Szenarios lassen sich damit programmieren. Wird der Lüfter dann aufgrund der Unterschreitung der Grenzschwelle wieder abgeschaltet, führt dies zu einer Selbstoptimierung der Anlage. Mit der Logikfunktion ist es auch möglich physische Alarmsignale, also eine Warnlampe oder eine akustische Warnung, einzuschalten. Dies ist für den Fall sinnvoll, wenn der Türkontakt des IT-Schranks meldet, dass der Schrank geöffnet wurde, obwohl die aktive Technik noch unter Strom ist.

Einfache Konfiguration dank Webinterface

Zur komfortablen Konfiguration solcher Szenarios bieten die meisten Systeme heutzutage Webinterfaces an. Die grafischen Benutzeroberflächen haben den Vorteil, dass plattformunabhängig mittels Webbrowser darauf zugegriffen werden kann, ohne dass die Installation weiterer Software notwendig ist. Das ControlPlex Rack stellt neben einem Webinterface auch die Möglichkeit bereit, das System über die Secure Shell (SSH) zu konfigurieren und zu steuern. Beide Oberflächen beinhalten neben der Programmierung der Logikverknüpfungen noch viele weitere Funktionalitäten. So sieht der Systemverantwortliche den kompletten Zustand des Systems. Hat ein elektronischer Sicherungsautomat aufgrund eines Kurzschlusses ausgelöst oder liegt beispielshalber eine Überspannung an, kann die Leitwarte das direkt sehen und zielgerichtet entsprechende Gegenmaßnahmen veranlassen. Zusätzlich lassen sich Systemneustarts durch Power On/Off erzwingen. Damit spart man sich viele teure Anfahrten und kann die Servicekosten signifikant reduzieren.

Weiterführende Informationen zum Produkt bei Scan des QR-Codes (Bild: E-T-A Elektrotechnische Apparate GmbH)

Fazit

Die Anforderungen an Stromverteilungssysteme steigen aufgrund der zunehmenden Digitalisierung auch im Schalt- oder IT-Schrank. Das modulare System ControlPlex Rack ermöglicht dem Anwender genau die Funktionen zu vereinen, die er aufgrund seiner applikationsspezifischen Anforderungen benötigt. Die Grundkonfiguration besteht aus dem für 19″- oder ETSI-Schränke geeigneten DC-Stromverteiler Power-D-Box CP. Die vorhandenen 19 Steckplätze kann der Anwender mit dem elektronischen Sicherungsautomaten ESX300-S oder optionalen Baugruppen bestücken. Das Remote Control Interface (RCI10) sorgt dabei für komfortablen Fernzugriff und das Remote Signalling Interface (RSI10) für zuverlässige potentialfreie Signalisierung. Das External-Alarm-Interface (EAI300) dient zur transparenten Integration von Sensoren oder logischen Verknüpfungen.