Kleine Steuerschränke vs. große vernetzte Steuerschränke – Kann die gleiche Designphilosophie auf beide angewendet werden?

"Es ist nur ein Schrank mit Kontaktoren, Relais und SPS. Wie unterschiedlich können sie wirklich sein?"

Dies ist ein häufiges Missverständnis bei neu absolvierten Ingenieuren. Obwohl beide Niederspannungssteuerungskabinette sind, ist eine an der Wand montierte Box, die einen 2.Die 2 kW-Wasserpumpe arbeitet nach einer ganz anderen Konstruktionslogik als ein vierfach vernetztes System, das eine 200 m lange Produktionslinie verwaltet.Die Unterschiede liegen nicht in den Komponenten selbst, sondern im architektonischen Denken.

In diesem Artikel werden die Unterschiede zwischen diesen beiden Arten von Steuerschränken in sechs Dimensionen aufgeschlüsselt:und vom "für den Zweck geeigneten" Design zu einem zuverlässigen, erweiterbare Technik.

Kleine Schaltschränke haben in der Regel eine Einzelschrank-für-eine-Maschine-Konfiguration.Die native E/A der SPS selbst erfüllt alle Anforderungen, die Stromversorgungs-, Steuerungs- und Schutzfunktionen integriert.

Ein Beispiel dafür ist eine Lüftersteuerung: Sie enthält eine Schneider M221 (TM221CE16R) zusammen mit Schaltkreisbrechern, Kontaktoren und Wärmeüberlastrelais.

Große verknüpfte Schaltschränke folgen einer zonierten Konstruktionsphilosophie.

• Incoming Power & Distribution Cabinet: Handhabt den Hauptstromzugang und die abgestufte Stromverteilung, ausgestattet mit Schneider ComPact NSX-Serie geformten Fall-Schaltkreisbrechern.
• Hauptsteuerungskammer: Platz für die Kernsteuerung (z. B. Siemens S7-1500 CPU 1516-3 PN/DP) und das HMI.
• Fern I/O-Schrank: Verwendet ET200SP verteilte I/O-Module, um Signalterminals in der Nähe von Feldgeräten einzusetzen.
• VFD/Soft Starter Cabinet: Konzentriert Hochleistungsantriebe.

Der Hauptvorteil der Zonierung: Ein Ausfall eines Schranks schaltet das gesamte System nicht aus, und die Wartung kann durch Isolieren der Stromversorgung einzelner Zonen durchgeführt werden.

Die E/A-Planung für kleine Steuerungen ist einfach: Die Ingenieure zählen die Anzahl der Motoren, Sensoren und Schaltflächen und ordnen dann Punkte Punkt für Punkt zu.Die Gesamtanzahl der digitalen Eingaben und Ausgänge beträgt in der Regel 30 bis 40 Punkte., die von den PLCs an Bord abgedeckt werden können; bei größerer Notwendigkeit genügen eine kleine Anzahl zusätzlicher Erweiterungsmodule.

Bei der Konstruktion großer vernetzter Schränke muss der Ausbau von Kopfraum in den Vordergrund gestellt werden. Normalerweise sind 20%~30% der Ersatzeingangspunkte und der DIN-Schienenraum in jedem Schränk reserviert.Aber eine Lektion aus der Praxis.: Bei der Inbetriebnahme werden häufig zusätzliche Sensoren hinzugefügt, und neue Funktionen können im späteren Betrieb nachgerüstet werden.Die Ingenieure werden zusätzliche Arbeiten erledigen, einschließlich der Bohrung von Schränken., Modulinstallation und Programmmodifikation.

Empfohlene Konfiguration: Siemens ET200SP (IM 155-6 PN ST) für Fern-E/A-Stationen in Verbindung mit Schneider Modicon TM3-Erweiterungsmodulen.die Erweiterung der Kapazität ohne Systemstörung ermöglicht.

Kleine Schränke verwenden im Allgemeinen einen Haupt-Schaltkreislauf für die eingehende Leistung, mit Sicherungen oder Miniatur-Schaltkreisbrechern (MCBs) für interne Zweigkreise.

Zum Beispiel verwendet ein kompakter Wasserpumpen-Steuerungskabinett einen Schneider iC65N 2P C32A als eingehenden Schalter,und jeder Motorkreislauf wird durch einen GV2-ME-Motor-Schaltkreislaufschalter geschützt, der mit einem LC1D-Kontakter gekoppelt istDas Layout ist einfach und klar.

Große, miteinander verbundene Schränke erfordern eine abgestufte Stromverteilung:

• Stufe 1: Haupteingangsschalter, typischerweise ein ausziehbarer, geformter Schaltkreislaufschalter (wie der ABB Emax 2 oder der Schneider MTZ-Luftschalter) mit einer Kommunikations-Trip-Einheit für die Fernschaltung.
• Stufe 2: Die Haupttreiber verteilen Strom an jedes Funktionsschrank mit einem unabhängigen Leistungsschalter am Eingangsterminal jedes Unterschranks.
• Stufe 3: Unabhängiger Schutz für jede Schaltung innerhalb einzelner Schränke; bei kritischen Belastungen wird eine doppelte Stromversorgung verwendet.

Zweck des stufenweisen Schutzes: Ein Fehler in einem Motorschaltkreis darf nicht zu einem vollständigen Stillstand der Produktionslinie führen.

Die meisten kleinen Geräte setzen auf eine verdrahtete Punkt-zu-Punkt-Verkabelung oder eine einzige Modbus-RTU-Verbindung, die mit dem HMI verbunden ist.

Große verknüpfte Schränke erfordern ein robustes Kommunikations-Backbone:

• Host Control Layer: Industrial Ethernet (Profinet / EtherNet / IP) verbindet die SPS mit SCADA und HMI.
• Feldschicht: Remote-E/A-Stationen und variable Frequenzantriebe kommunizieren über Profinet oder EtherCAT.
• Teilsystem-Schnittstelle: Geräte von Drittanbietern (intelligente Zähler, Stromüberwachungseinheiten) verbinden sich über Modbus TCP/RTU-Gateways.

Für die Kommunikation zwischen Kabinen werden Siemens SCALANCE XB208 Managed Switches empfohlen, um redundante Ringnetzwerke aufzubauen..

Kleine Schränke erzeugen nur begrenzte Wärme und sind in der Regel auf natürliche Lüftung angewiesen.Einer für Signalkabel) reicht aus..

Die Wärmeerzeugung kann in großen, miteinander verbundenen Schränken nicht übersehen werden.Systematisches thermisches Management ist obligatorisch:

• Einrichtung von Kühlventilatoren oder Klimageräten für VFD-Schränke.
• Trennen Sie die Wärme erzeugenden Komponenten von den SPS; platzieren Sie die SPS auf der Lufteinlassseite.
• Die Unterluftzufuhr + die Oberluftabluft sollen eine effektive Konvektion bilden.

Die Kabelstandards müssen von "ausreichend funktionsfähig" auf ein hierarchisches Management angepasst werden:

• Hochspannungskabel (380 V / 220 V) in den Trunk auf der linken Seite des Schranks führen.
• Verlegen Sie die Niederspannungsleitungen (24 V Steuersignale, Kommunikationskabel) auf der rechten Seite in eine separate Trunking-Anlage.
• Verwenden Sie abgeschirmte Kabel für die VFD-Ausgangsverkabelung und halten Sie einen Mindestabstand von 200 mm zwischen Stromkabeln und Signalkabeln.

Es wird empfohlen, bodenständige Gehäuse zu bauen: Schneider Spacial SF (IP55) oder Rittal TS 8 Serie (IP55).

Für kleine Steuerungen erfüllen Schaltschalter, Wärmeüberlastrelais und Notbremsknopf die meisten Anwendungsvoraussetzungen.

Die Sicherheitsplanung für große, miteinander verbundene Schränke ist eine systematische technische Aufgabe:

• Einsatz von Sicherheits-PLCs (z. B. Siemens CPU 1516F-3 PN/DP) zur Verarbeitung von Notstoppsignalen, Sicherheitstürschlössern und Lichtvorhang-Eingängen.
• Die Sicherheitsschaltkreise verwenden spezielle rote Leitungen und dürfen nicht mit anderen Signalkabeln vernetzt werden.
• Es wird eine Doppelkontaktredundanz (zwei seriell verbundene Schneider LC1D-Kontaktoren) angewendet, um die Trennung des Hauptkreislaufs zu gewährleisten, auch wenn ein Kontaktor ausfällt.
• Die Erfahrungen aus dem Feld bestätigen, dass die Auflösung eines Kommunikationskabelns den Alarm nicht auslösen kann.

1. Architektur: Kleine Schränke Einzelschranke; große verknüpfte Schränke Mehrfachschränke und funktionelle Entkopplung.
2. I/O-Planung: Kleine Schränke “größenmäßig auf die exakte Nachfrage abgestimmt; große verknüpfte Schränke “reservieren 30% der freien Kapazität und unterstützen den Warmwechsel.
3. Stromverteilung: Kleine Schränke mit einem einzigen Eingangskreislauf, der durch MCBs geschützt wird; große vernetzte Schränke mit einem dreistufigen Schutz mit Auszugsschaltern.
4. Kommunikation: Kleine Schränke Modbus RTU oder einzelne Ethernet-Verbindung; große verknüpfte Schränke redundante Ringnetze plus Multi-Protokoll-Gateways.
5. Wärme- und Verkabelung: Kleine Schränke mit natürlicher Kühlung, einfacher Doppelverbindung; große vernetzte Schränke mit aktiver Temperaturregelung, getrennte Hoch- und Niederspannungsleitungen.
6. Sicherheit: Kleine Schränke: E-Stop + Schutz vor thermischer Überlastung; große vernetzte Schränke: Sicherheits-SPS + Doppelkanal-Redundanz.

1. Schneider TM221CE16R ¢ Kompaktes Steuergerät für eigenständige kleine Gerätekasten
2. Schneider TM241CE40R ¢ Mittlere PLC für mittelgroße Maschinen, Verpackungs- und Förderlinien
3. Siemens-CPU 1516-3 PN/DP PLC High-End für Hauptsteuerungskabinette großer vernetzter Systeme
4. Siemens-CPU 1516F-3 PN/DP
5. Siemens ET200SP IM 155-6 PN ST
6. Schneider ComPact NSX100F
7. Schneider iC65N 2P C32A
8. Schneider GV2-ME14 Motor-Schaltkreislauf, sowohl für kleine als auch für große Schrankenmotorschaltkreise anwendbar
9. Siemens SCALANCE XB208
10. Schneider HMISTU855 HMI mit Touchscreen für lokale Bedienelemente von kleinen und mittleren Schränken