VAE Rechenzentrum MCC-Schaltschrank & Automatisierung | SENTRADO
Eine detaillierte Fallstudie über die industrielle Automatisierungslösung von SENTRADO, die messbare Ergebnisse für den Rechenzentrumsbetrieb in den Vereinigten Arabischen Emiraten liefert.
Projekthintergrund & Zielsetzungen
Ein führender Colocation-Rechenzentrumsbetreiber in den Vereinigten Arabischen Emiraten beauftragte SENTRADO mit der Planung und Fertigung eines hochzuverlässigen Motor Control Center (MCC) sowie des zugehörigen Automatisierungssystems für seine neue Tier III-Anlage in Abu Dhabi. Das für eine IT-Last von 12 MW ausgelegte Rechenzentrum erfordert eine unterbrechungsfreie Kühlungs- und Stromversorgungsinfrastruktur, um die den Enterprise- und Regierungskunden garantierte Verfügbarkeit von 99,99 % aufrechtzuerhalten. Das MCC steuert alle Motoren der Kühlsysteme, einschließlich CRAC-Einheiten (Computer Room Air Conditioner), Kaltwasserpumpen, Kondensatorpumpen und Kühlventilatoren.
In einer Rechenzentrumsumgebung kann selbst ein kurzzeitiger Ausfall der Kühlung thermische Alarme auslösen und potenziell innerhalb von Minuten zu einer Abschaltung der Geräte führen. Das MCC und sein Steuerungssystem müssen daher höchste Zuverlässigkeit, Redundanz und Fehlertoleranz bieten – weit über die üblichen industriellen Anforderungen hinaus. Die Lösung von SENTRADO musste die Tier III-Standards des Uptime Institute für gleichzeitig wartbare Infrastruktur erfüllen, was bedeutet, dass jede einzelne Komponente für Wartungsarbeiten außer Betrieb genommen werden kann, ohne die kritische Last zu beeinträchtigen.
Der Projektumfang umfasste das Design und die Fertigung von MCC-Schaltschränken, redundante SPS-Steuerung, PROFINET-Ringnetzwerke, HMI/SCADA-Überwachung, die Integration in die DCIM-Plattform (Rechenzentrum Infrastructure Management) des Rechenzentrums sowie eine vollständige Werksabnahmeprüfung unter simulierten Lastbedingungen.
Zu lösende Problemstellungen
1. Tier-III-Verfügbarkeitsanforderungen
Die 99,99 %ige Verfügbarkeits-SLA des Rechenzentrums bedeutet, dass das Kühlungssteuersystem insgesamt nicht mehr als 52 Minuten Ausfallzeit pro Jahr tolerieren darf. Jede Komponente, von SPS-CPU über Netzteile bis hin zu Netzwerkschaltern, muss redundant mit automatischem Failover ausgelegt sein.
2. Gleichzeitige Wartbarkeit
Die Tier-III-Zertifizierung erfordert, dass jeder MCC-Einschub, Starter oder Regler entfernt und gewartet werden kann, während der Rest des Systems weiterläuft. Dies erforderte ein herausziehbares MCC-Design mit Hot-Swap-Fähigkeit auf jeder Ebene.
3. Über 40 Motorkreise
Der MCC-Schaltschrank steuert über 40 Motorkreise, die von 5,5 kW CRAC-Ventilatormotoren bis zu 132 kW Primärkaltwasserpumpen reichen. Jeder Kreis erfordert individuellen Schutz, Statusüberwachung und die Möglichkeit der Fernsteuerung über das DCIM.
4. Raue Umgebungsbedingungen in der Golfregion
Die extreme Sommerhitze in Abu Dhabi (bis zu 48 °C) und die hohe Luftfeuchtigkeit stellen zusätzliche Belastungen für die elektrischen Geräte dar. Der MCC-Schaltschrank und die Kühlsysteme müssen bei erhöhten Umgebungstemperaturen zuverlässig arbeiten, wobei Derating-Überlegungen zu berücksichtigen sind.
5. DCIM-Integration
Der MCC-Steuerungsrechner musste über BACnet/IP und SNMP mit der DCIM-Plattform des Rechenzentrums kommunizieren, wobei er Motor-Status, Energieverbrauch und Alarmdaten in Echtzeit bereitstellt und gleichzeitig Fernstart-/Stopp-Befehle von der Gebäudeautomation empfängt.
Unser Ansatz & Systemarchitektur
SENTRADO hat einen vollständig herausziehbaren MCC-Schaltschrank in Bauform 4b für einen Dauerstrom von 4.000 A konzipiert und gefertigt, der 42 Motorstarter-Einschübe über sechs vertikale Felder verteilt. Jeder Einschub ist herausziehbar, wobei die Sammelschienen in einem separaten Abteil isoliert sind, sodass einzelne Motorkreise gewartet werden können, ohne benachbarte Felder spannungsfrei zu schalten. Der MCC-Schaltschrank verfügt über intelligente Motorschutzrelais (Siemens SIMOCODE) in jedem Kreis, die Überstrom-, Erdschluss-, thermische Überlast- und Blockierschutz mit PROFINET-Kommunikation zurück zur SPS bieten.
Das Steuerungssystem verwendet ein redundantes SPS-Paar Siemens S7-1500R mit automatischer CPU-Umschaltung in unter 100 Millisekunden. Zwei unabhängige PROFINET-Ringe – bezeichnet als A und B – verbinden die SPS mit allen dezentralen I/Os, Motorschutzrelais, Frequenzumrichtern und HMI-Bediengeräten. Jeder Ring verwendet SCALANCE-Managed-Switches mit MRP (Media Redundancy Protocol), um sicherzustellen, dass ein einzelner Kabelbruch oder Switch-Ausfall die Kommunikation nicht unterbricht. Kritische Netzteile, Steuerungen und die Netzwerkinfrastruktur werden aus zwei USV-gestützten Stromquellen gespeist.
Alle frequenzumrichtergesteuerten Motoren (Kaltwasser- und Kondensatorpumpen) verwenden ABB ACS880-Umrichter mit redundanter Steuerung und Bypass-Funktion – wenn ein Frequenzumrichter einen Fehler meldet, schaltet der Motor automatisch auf Direktstart um, um die Kühlung aufrechtzuerhalten. Das SCADA-System bietet eine grafische Übersicht über die gesamte Kühlanlage mit Echtzeit-Überwachung des PUE (Power Usage Effectiveness), Energiezählung an jedem Motor, vorausschauenden Wartungsalarmen basierend auf Motorlaufzeiten und Startzählungen sowie automatisierten Optimierungssequenzen für die Kälteerzeugung. Das BACnet/IP-Gateway ermöglicht eine nahtlose Integration in das DCIM für die zentrale Überwachung und Steuerung.
Highlights der Systemarchitektur
- Redundante Siemens S7-1500R-Steuerungen mit <100 ms Failover
- Doppelte PROFINET-Ringe (A/B) mit MRP-Medienredundanz
- Herausziehbarer MCC-Schaltschrank in Bauform 4b mit 42 Motorstarter-Einschüben
- Intelligenter SIMOCODE-Motorschutz in jedem Kreis
- Frequenzumrichter mit automatischem Bypass für kritische Pumpenmotoren
- Doppelte USV-gestützte Netzteile für alle Steuerungen
- BACnet/IP- und SNMP-Integration in die DCIM-Plattform
- PUE-Überwachung und Optimierungsalgorithmen für die Kälteerzeugung
Systemparameter & Konfiguration
| Steuerungssystem | Siemens SIMATIC S7-1500R (redundant) |
| Steuerungen | 2 × CPU 1515R-2 PN (redundantes Paar) |
| MCC-Nennwerte | 4.000 A, 400 V, 3-phasig, 50 Hz |
| Motorkreise | 42 (5,5 kW bis 132 kW) |
| Trennungsform | Form 4b (vollständig herausziehbar) |
| Kommunikationsprotokoll | PROFINET ×2 / BACnet/IP / SNMP |
| HMI / SCADA | WinCC OA — 2 OS + DCIM-Gateway |
| Frequenzumrichter | 8 × ABB ACS880 (11–132 kW) |
| Motorschutz | 42 × SIMOCODE pro V PN |
| Netzwerkredundanz | Duale PROFINET-Ringe mit MRP |
| Schutzart | IP54 MCC-Schaltschränke / IP42 Leitschränke |
| Stromverfügbarkeit | 99,99 % (Tier III zertifiziert) |
Kernkomponenten & Hardware
Siemens CPU 1515R-2 PN
6ES7515-2RM00-0AB0
Redundanter Rechenzentrum-Controller
SIMOCODE pro V PN
3UF7011-1AB00-0
Intelligenter Motorschutz mit PROFINET
ABB ACS880 Frequenzumrichter
3ABD00035842-D
Industrieller Antrieb mit Bypass-Option
SIVACON S8 MCC-Schaltschrank
8PQ1012-3BA12
Ausziehbarer MCC-Schaltschrank
SCALANCE X204RNA
6GK5204-0BA00-2KB2
Redundanter PROFINET-Switch
WinCC OA SCADA
6AV6371-1DN07-0AX0
Überwachungsplattform für Rechenzentren
SENTRON 3VA Leistungsschalter
3VA2340-5HN32-0AA0
MCCB mit elektronischem Auslöser
SITOP PSU8600
6EP3437-8SB00-0AY0
Redundante 24V/40A-Stromversorgung
Projektphasen
MCC- und Steuerungsplanung
8 WochenEinlinienschaltpläne, SPS-Architektur, Netzwerkplanung
MCC-Fertigung
10 Wochen6-feldriger Form 4b MCC-Schaltschrank mit komplett verdrahteten Einschüben
SPS- und SCADA-Entwicklung
8 WochenRedundante Steuerungslogik, Visualisierung, DCIM-Gateway
FAT mit Lastsimulation
3 WochenVollständiger Stromeinspeisungstest, Failover-Verifizierung
Versand in die VAE
4 WochenSeefracht von Shanghai nach Jebel Ali
Installation vor Ort
4 WochenMCC-Aufstellung, Verkabelung, Anklemmen
Inbetriebnahme & SAT
3 WochenIntegration mit Kältemaschinen, DCIM, Failover-Tests
Unterstützung bei der Tier III-Zertifizierung
2 WochenUnterstützung bei Dokumentation und Witness-Tests
Messbare Ergebnisse
Leistungsdaten nach Systeminbetriebnahme und Dauerbetrieb verifiziert.
Tier III-zertifizierte Betriebsverfügbarkeit
Optimierte Kältemaschinen- und Frequenzumrichter-Steuerung
Vollständig überwacht und ferngesteuert
Vollständig redundant auf jeder Systemebene
Vorher vs. Nachher: Quantifizierter Vergleich
| Metrik | Vorher | Nachher | Änderung |
|---|---|---|---|
| Stromverfügbarkeit | ~99,9 % (Tier-II-Design) | 99,99 % (Tier III zertifiziert) | +0,09 Pkt. |
| Energieeffizienz | Basis-PUE | 30 % Effizienzsteigerung | −30 % |
| Überwachung der Motorstromkreise | Manuelle Inspektion | 42 Stromkreise vollständig überwacht | Automatisiert |
| Einzelne Ausfallpunkte | Mehrere im Altdesign | 0 (vollständig redundant auf jeder Ebene) | Beseitigt |
| Ferndiagnose | Nur vor Ort | Vollständige Fernüberwachung & Alarmierung | Remote |
Daten basierend auf den Inbetriebsetzungsberichten des Projekts und kontinuierlichen Betriebsmessungen. Der Kundenname ist unter NDA verfügbar.
Wirtschaftliche Gesamtauswirkungen
Das gelieferte Automatisierungssystem übertraf alle im Vertrag festgelegten Leistungsziele und erreichte im Vergleich zum Ausgangsbetrieb einen höheren Durchsatz, einen geringeren Energieverbrauch und eine verbesserte Produktqualität. Der Kunde berichtete von einer vollständigen Amortisation der Investition innerhalb des prognostizierten Amortisationszeitraums und hat SENTRADO seitdem für weitere Erweiterungsphasen der Anlage beauftragt.
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