Steuerungen SPS: So schützen Sie die Elektronik im Steuerschrank

Redakteur: Kristin Rinortner

Der Steuerschrank ist ein produktionskritischer Faktor. Denn er schützt die Steuerelektronik vor Störungen und Umwelteinflüssen im Shopfloor. Auf folgende Kriterien müssen Sie bei der Auswahl achten.

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Worauf es beim Steuerschrank ankommt: Steuerungen sind heute ein essentieller Bestandteil der industriellen Produktion. Ein gut geplanter und mit Sorgfalt gefertigter Steuerschrank ist dabei ein Erfolgsfaktor.
Worauf es beim Steuerschrank ankommt: Steuerungen sind heute ein essentieller Bestandteil der industriellen Produktion. Ein gut geplanter und mit Sorgfalt gefertigter Steuerschrank ist dabei ein Erfolgsfaktor.
(Bild: Apra)

Glas automatisiert nach Farbe sortieren, Elektronikkomponenten auf Vollständigkeit überprüfen oder Materialien millimetergenau mithilfe von Lasertechnik zuschneiden – eines haben diese unterschiedlichen industriellen Prozesse gemeinsam: Hinter ihnen stecken softwarebasierte, hochkomplexe Steuerungen.

Allerdings stellen genau diese Steuerungen auch einen produktionskritischen Faktor dar: Denn treten Störungen bei der Elektronik in diesen Steuerschränken auf, kann es zu teuren Verzögerungen und Ausfällen kommen. Andreas Funk, Vertriebsmitarbeiter bei apra-norm und zuständig für die Betreuung von Schlüsselkunden, und Thomas Ostermann, Vertriebsleiter bei apra-norm, erklären, wie sich die sensiblen Elektronikkomponenten für eine hohe Verfügbarkeit am besten schützen lassen.

Die Ursprünge der Steuerungen liegen in den 1950er-/1960er-Jahren. Die Automatisierung von Maschinen und Anlagen, getrieben von Entwicklungen in der Automotive-Branche, läutete das Ende der bis dahin gebräuchlichen elektromechanischen Steuerung ein. Stattdessen setzten sich Speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) immer mehr als Standard durch. In ihrer einfachsten Form besteht eine solche SPS aus Eingängen, Ausgängen, einer Firmware sowie Schnittstellen.

Raue Umgebungsbedingungen erfordern Schutz der SPS

Inzwischen sind SPSen als Steuer- und Regelkomponente von Anlagen und Maschinen integraler Bestandteil industrieller Produktionsprozesse – und damit ein maßgeblicher Effizienzfaktor. Eine Störung der SPS und der zugehörigen Technik wird daher schnell zum Risiko für die Fertigungsabläufe und damit auch zum Kostenfaktor, mit dem gerechnet werden sollte.

Waren Steuerungen in der Vergangenheit noch oft in klimatisierten, geschützten Räumen eingesetzt, ist es in heutigen Produktionen wichtig, dass sie direkt auf dem Shop­floor angesiedelt sind – eben in unmittelbarer Nähe zu den Maschinen und Anlagen, die sie steuern.

„Dort sind sie jedoch unter Umständen problematischen Umgebungseinflüssen wie aggressiven Medien, Schmutzpartikeln oder extremen Temperaturen ausgesetzt“, weiß Ostermann. Unternehmen stehen vor der Herausforderung, die wertvollen Steuerungssysteme vor solchen unerwünschten Einwirkungen zu bewahren.

Steuerschranksysteme: Welche Auswahlkriterien gibt es?

Die Lösung sind moderne Steuerschranksysteme. „Steuerschränke sind sozusagen die perfekte Schale für die wertvollen Steuerungen“, sagt Funk. Allerdings ist das Angebot an Anbietern und an Gehäusen groß – worauf müssen Unternehmen also bei der Auswahl achten?

Laut Ostermann sind die Bedürfnisse des Kunden das wichtigste Kriterium und im weiteren Sinne auch seine intern vorhandenen Kapazitäten und Kompetenzen. „Manche Unternehmen benötigen nur das leere Gehäuse und können alles weitere in Eigenregie durchführen. Andere bevorzugen das Komplettpaket.“

Zu dem besagten Komplettpaket gehören neben der Konstruktion und Fertigung auch die Beratung, Planung, Projektierung sowie die Prüfung, Schaltplanerstellung und Montage. „Im Grunde funktioniert die Steuerschrank-Konfiguration wie ein Hausbau. Nur dass wir bei apra-norm Architekt und Bauherr in einem sind – wenn der Kunde das wünscht“, sagt Funk.

Unternehmen, bei denen der Zeit- und Kostenfaktor besonders ins Gewicht fällt, wenden sich am besten an einen Hersteller, der die gesamte Schrankfertigung aus einer Hand anbietet. Hier sind die Produktionsprozesse eingespielt und Drittlieferanten unnötig, wodurch sich erheblich Geld und Zeit sparen lässt.

Während manche Anbieter lediglich Standard-Steuerschränke in ihrem Portfolio führen, bietet der Hersteller aus Mehren unterschiedliche Modelle und Modifikationen der Ausbausstufe 1 bis Stufe 3.

Vom Standard-Schrank bis zur Losgröße 1

Stufe 1 gilt als modifizierter Standard und besteht z.B. aus dem 19“-Standardschrank TIRAX mit kundenspezifischen Seiten­wänden, funktionellen Innenausbauteilen sowie montierten Schaltereinheiten und Kabelsätzen.

„In der Stufe 2 beträgt der Sonderanteil schon rund 25 Prozent“, so Ostermann. Dann verfügt der TIRAX noch über eine gewölbte Design-Fronttür, eine ausklappbare Tastatur und – dank einem Dämmschaum auf der Innenseite – über einen Schallschutz. Zudem ist er bis zu 1.500 kg belastbar.

Kundenindividuelle Lösung wie Prototypen mit einem Sonderanteil von 100 Prozent rechnen die Spezialisten aus der Vulkaneifel der Stufe 3 zu.

Bild 1: Vom Standardschrank zur individuellen Sonderlösung.
Bild 1: Vom Standardschrank zur individuellen Sonderlösung.
(Bild: Apra)

Je nach anvisierter Anwendung können die Gehäuse unterschiedlich gestaltet und ausgestattet sein. Benötigt ein Kunde zum Beispiel einen Steuerschrank, in dem auch die Messtechnik einen Platz haben soll, muss dies bei der Konstruktion des Gehäuses beachtet werden. Denn der Schrank muss mehr Gewicht auf die Waage bringen, damit er sich während des Messvorgangs nicht bewegt.

Eine andere Kundenanforderungen kann darin bestehen, dass der Steuerschrank nicht mehr einen eigenen, extra klimatisierten Raum belegen soll. In diesem Fall wird die aktive oder passive Klimatisierung direkt in den Steuerschrank verlegt. Auch barrierefreie Schränke, die Mitarbeiter mit Handicap bedienen können, lassen sich realisieren.

Die Steuerschränke des Unternehmens aus der Vulkaneifel gibt es bis zu einer Höhe von 2,40 m. Auch die mechanische Konfiguration bietet viel Spielraum: So gibt es unter anderem die Möglichkeit, Montageplatten, Tragschienen oder Klemmleisten sowie Anschraubbolzen für die Baugruppenmontage anzubringen oder Durchbrüche für Displays vorzunehmen.

Kabeleinführungen und -verschraubungen, EMV-geschirmte Kabeleinführungen, Zugentlastung, Kabelbürsten oder Kabelkanäle von apra-norm ermöglichen ein smartes Kabelmanagement im Inneren des Steuerschranks.

Für jedes Einsatzgebiet gibt es das optimale Material

Zusätzliche optionale Konfigurationen sind verschiedene Schutzfunktionen, zum Beispiel der Schutz vor elektromagnetischen Einflüssen (EMV), vor Stromschlägen und vor Staub und Wasser entsprechend der IP-Schutzklassen. Auch ein Schutz vor mechanischen Einflüssen aufgrund von Vandalismus und Erdbeben sowie aufgrund von Überhitzung durch Klimatisierungssysteme sind möglich.

Für eine einfache Bedienung können spezielle Bedienelemente wie Tastaturen, Displays und Schalter integriert werden. Zudem lässt sich der Steuerschrank in einen Leistungs- und einen Steuerbereich unterteilen.

Bild 2: Die kundenspezifische Vorverdrahtung erfolgt bereits beim Hersteller.
Bild 2: Die kundenspezifische Vorverdrahtung erfolgt bereits beim Hersteller.
(Bild: Apra)

Die Auswahl der Materialien richten sich vor allem nach der jeweiligen Branche, für die der Steuerschrank vorgesehen ist. „Kosteneffizientes Stahlblech ist beispielsweise für den Maschinen- und Anlagenbau besonders geeignet. Aluminium dagegen ist aufgrund seines geringen Gewichts für Steuerschränke im Fahrzeugbau die richtige Wahl. Edelstahl wiederum kommt hauptsächlich in der Lebensmittelindustrie und bei hygienesensiblen Bereichen zum Einsatz“, erklärt Funk. Die Oberflächen der Steuerschränke sind je nach Einsatzbereich naturbelassen, lackiert (pulverbeschichtet oder Nasslack) oder galvanisch behandelt – etwa beim Einsatz in korrosiven Umgebungsbedingungen.

Maximaler Schutz und hohe Funktionalität

Steuerungen sind heutzutage ein essentieller Bestandteil einer modernen, industriellen Produktion. Ein gut geplanter und mit Sorgfalt gefertigter Steuerschrank ist dabei ein Erfolgsfaktor, der höchsten Schutz vor verschiedensten Einflüssen bietet. Je besser das Gehäuse auf die Kundenanforderungen angepasst ist, desto leistungsfähiger ist das Gesamtsystem. Unternehmen, die den Kostenfaktor besonders im Auge habe, sind am besten mit einem Hersteller beraten, der alle Module und Komponenten aus einer Hand anbietet.

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