16.03.2017 Rechenzentren in Industrie-4.0-Umgebungen

Rack-Systeme für den rauen Fabrikalltag

Von: Bernd Hanstein, Christian Abels

Wer IT-Schränke in der Produktionshalle aufbaut, muss eine Reihe von Sicherheitsaspekten beachten. Doch welche Kaufkriterien sind bei Rechenzentren für den Einsatz in einer Industrie-4.0-Umgebung relevant?

Industrieunternehmen benötigen IT-Lösungen, die auch in heißen und staubigen Umgebungen zuverlässig funktionieren.

Das Internet der Dinge, vernetzte Maschinen und hoch automatisierte Produktionsstraßen erzeugen in der Fertigung ständig neue Daten. Produzierende Unternehmen benötigen daher IT-Lösungen, die auch in heißen und staubigen Werkshallen zuverlässig funktionieren. Vor der Kaufentscheidung für eine IT-Schrankplattform sollten Unternehmen zunächst eine Analyse der Standorte und der geplanten Nutzung vornehmen. Damit ergeben sich schon die ersten Auswahlkriterien, nämlich die benötigte Größe und der erforderliche Typ.

Verfügbar sind IT-Racks in unterschiedlichen Ausführungen: In einem Netzwerkschrank werden einzelne Komponenten seitlich verkabelt, sodass dieser eine Breite von 800 mm und eine Tiefe von bis zu 1.000 mm besitzt. Für den reinen Serverschrank ist eine Breite von 600 mm ausreichend, da sich die Strom- und Netzwerkkabel in der Regel auf der Rückseite befinden. Der Schrank ist dann 1.000 bis 1.200 mm tief. Bei Mischbestückung mit Server- und Netzwerktechnologie werden die jeweils größten Abmessungen genommen, um Netzwerkverteiler, Patchfelder und PDUs (Power Distribution Units) zur Stromversorgung sowie größere Mengen an Kabeln bequem installieren zu können. Die jeweils passende Höhe wird über die benötigten Höheneinheiten (HE) ermittelt: Ein Schrank mit 42 HE ist etwa zwei Meter hoch und heute die meistverwendete Höhe.

Generell lassen sich in einem IT-Rack sowohl Server- als auch Netzwerktechnik montieren. Die standardisierte Grundausstattung eines IT-Racks besteht aus einer flexiblen 19-Zoll-Montageebene, geteilten Seitenwänden mit Schnellverschluss und einer optimierten Kabeleinführung mit Bürstenleisten. Damit erfüllt der Schrank bereits nahezu alle Anforderungen an Netzwerk- und Server-Schränke in einer Standardumgebung.

 

IT-Schränke fürs Sicherheitskonzept


IT-Schränke sind ein wichtiges Element des Sicherheitskonzepts: So müssen bereits die Kleingehäuse in der Montagehalle mit in das Schutzkonzept aufgenommen werden, um diese Geräte zuverlässig z.B. gegen EMV-Einstrahlung oder Vibrationen zu sichern. Wer in einer rauen Produktionsumgebung ein hohes Schutzniveau benötigt, greift auf spezielle Sicherheitslösungen zurück, die eine zusätzliche Umhausung eines herkömmlichen IT-Racks bieten. In Großbäckereien fällt etwa feiner Mehlstaub an, der jedes ungeschützte IT-System in kürzester Zeit beschädigen würde. Auch physische Beschädigungen durch Transportfahrzeuge wie Gabelstapler können jederzeit vorkommen. Bei Reinigungsarbeiten führt ein Wasserstrahl, der auf ein ungeschütztes IT-Gehäuse trifft, schnell zu einem Ausfall.

Zu den Sicherheitsmaßnahmen auf Ebene der IT-Schränke gehört es aber auch zu protokollieren, welche Personen zu welchem Zeitpunkt Zugriff auf die IT-Systeme hatten. Gerade in Fabrikhallen haben viele Menschen Zugang zu den dort aufgestellten Maschinen und IT-Schränken. Neben den Mitarbeitern an der Produktionsstrecke sind dies z.B. Reinigungskräfte oder weiteres Service-Personal. Gehäuse für IT- und Netzwerktechnik benötigen daher abschließbare Türen und optional elektronische Schlösser zur Protokollierung der Zugänge. Auch die Seitenwände dürfen nicht einfach abnehmbar sein. Denn: Ein Industriespion könnte über die geöffnete Seitenwand mit einem USB-Stick einen Virus in Minutenschnelle in die Server einspielen oder Dateien direkt kopieren.

Automatisch generierte Zugangsprotokolle sind z.B. bei Audits durch Wirtschaftsprüfer hilfreich, die eine Risikoanalyse erstellen. Dies ist insbesondere für den Mittelstand interessant, denn wer ein positives Rating bezüglich seines Geschäftsrisikos erhält, kommt auch günstiger an Kredite durch seine Hausbank.

Micro Data Center mit Schutzhülle


Weitergehende Schutzmaßnahmen auf Rack-Ebene bietet ein Sicherheits-Safe. Diese Lösung errichtet eine zusätzliche Hülle um einen Server-Schrank und erhöht so die physikalische Sicherheit. Wer nur eine kleine IT-Umgebung innerhalb einer Produktionshalle absichern muss, erspart sich mit Sicherheits-Safes den aufwändigen Aufbau eines gesonderten IT-Raums. Ein sogenanntes Micro Data Center mit der Widerstandsklasse 4, wie es etwa von Rittal angeboten wird, bietet ein zusätzliches Umhausungssystem um ein 19-Zoll-Rack. Darin findet sich Platz für IT-Hardware auf üblicherweise mehr als 40 Höheneinheiten. Im Fall eines Feuers lassen sich mit dieser Schutzklasse die garantierten Brandschutzwerte von 90 Minuten nach DIN 4102 (F90) einhalten.

Rauchgase, die etwa beim Löschen eines Brandes rund um das Micro Data Center entstehen, können nicht eindringen. Darüber hinaus widersteht eine solche Lösung Staub sowie starkem Strahlwasser (IP 56) und bietet einen Einbruchschutz auf unterschiedlichen Stufen. Wie gut ein solches Gehäuse einem Einbruchsversuch widersteht, wird in der Resistance Class (RC) beschrieben: In der Stufe RC 2 sollte es einem Gelegenheitstäter innerhalb von drei Minuten nicht gelingen, mit einfachen Werkzeugen wie einem Schraubenzieher einen IT-Schrank zu öffnen.

 

Stromversorgung absichern


In einer Fabrikhalle muss die Energieversorgung der IT-Komponenten individuell entwickelt werden. Fällt beispielsweise in einer Druckerei der Strom aus, müssen vor dem kontrollierten Herunterfahren der Druckmaschinen und der IT-Systeme zunächst die Papierrollen in eine sichere Parkposition gebracht werden. Auch kann das Anlaufen starker Elektromotoren für Schwankungen im Stromnetz sorgen, die sich über zusätzliche USV-Systeme ausfiltern lassen. Ein ausreichend dimensionierter IT-Schrank nimmt die dafür notwendig USV-Anlage auf.

Dies ist ein Artikel aus unserer Print-Ausgabe 03/2017. Bestellen Sie ein kostenfreies Probe-Abo.

Bei Realisierung einer Industrie-4.0-Umgebung kommt aus organisatorischer Sicht auf den IT-Verantwortlichen zusätzlicher Abstimmungsaufwand hinzu. Generell sollten die Ingenieure aus dem Maschinenbau ihre Kompetenzen einbringen, während die Produktionsleitung und das Facility Management rund um die Fertigung, Energieversorgung, Klimatisierung und Sicherheit beraten. In diesem Umfeld entwickeln die IT-Experten eine passende Infrastruktur für eine moderne Smart Factory.


Schutzklassen für Gehäuse

Die Schutzklasse von Gehäusen wird in der internationalen IP-Norm („International Protection“) in der Form „IP XY“ ausgedrückt. Die IP-Schutzart gibt durch eine einfache Zahlenkombination an, wogegen das Gehäuse seinen Inhalt schützt. Die Zahlen der ersten Kennziffer laufen von 0 bis 6 und definieren den Schutz vor festen Gegenständen und Staub. Die Zahlen der zweiten Kennziffer kennzeichnen den Schutz vor Wasser und reichen von 0 bis 8. Die Ziffern 7 und 8 stehen für ein zeitweiliges (7) bzw. dauerhaftes (8) Untertauchen in Wasser. In einer normalen Büroumgebung wäre beispielsweise für ein IT-Rack die Schutzart IP 20 ausreichend. Für industrietaugliche Installationen, beispielsweise im Rahmen von Industrie-4.0-Initiativen, kommen Schutzarten bis IP 55 zum Einsatz. Noch mehr Schutz, z.B. vor starkem Staub und Strahlwasser, bietet die Klasse IP 56.


Bildquelle: Rittal

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