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Interface-Technik

Interface- und Feldbus-Lösungen im Ex-Bereich für steigende Sicherheitsanforderungen

| Autor/ Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Stephan Schultz / Manja Wühr

Eine Patentlösung für die Signalanbindung in explosionsgefährdeten Bereichen gibt es nicht. Um Funktionalität, Sicherheitsanforderungen und Kosteneffizienz richtig auszutarieren, gilt nach wie vor die Maxime: „Die Mischung macht’s!“ Es bleibt die beste Strategie, leistungsfähige Bussysteme gezielt mit etablierter und bewährter Technik zu kombinieren.

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Funktionale Sicherheit mit moderner Feldbustechnik über ProfiSafe und Remote I/O in explosionsgefährdeten Bereichen.
Funktionale Sicherheit mit moderner Feldbustechnik über ProfiSafe und Remote I/O in explosionsgefährdeten Bereichen.
( Bild: R. Stahl )

Nicht ohne Grund findet sich in den meisten – auch in gerade erst errichteten – Prozessanlagen ein Nebeneinander mehrerer Kommunikationstechnologien, um Daten von und zu Geräten im Feld zu übertragen. Ob klassische Signalanbindung, Hart-Kommunikation, Datentransfer über explosionsgeschützte Remote I/O-Systeme oder über hochentwickelte sichere Feldbusse – ein optimales Automatisierungskonzept wird in der Regel auf eine intelligente Kombination der Technologien setzen. Ausgereifte Systemlösungen sind auf ein entsprechend breites Produktportfolio aus allen Segmenten angewiesen, das auch laufend gepflegt werden muss, um wachsenden Anforderungen gerecht zu werden. Auch im – gegenüber Standard-Komponenten – ohnehin schon anspruchsvolleren Bereich explosionsgeschützter Interface-Technik kommen in jüngster Zeit vermehrt Pflichten hinzu, die insbesondere sicherheitsgerichtete Funktionen und Systeme betreffen. Rund um die SIL-konforme Prozessabschaltung beispielsweise lassen sich entsprechende Weiterentwicklungen und Innovationen anhand zweier konkreter Produkte veranschaulichen.

Eindeutige Fehlersignalisierung

In Prozessanlagen kommt häufig die Schutzart Eigensicherheit (Ex i) für Stromkreise in explosionsgefährdeten Bereichen zum Einsatz, bei der die elektrische Energie auf ein ungefährliches Maß begrenzt wird. Um diese Stromkreise sicher von nicht explosionsgeschützten zu entkoppeln, können sie über Trennstufen mit dem übrigen Automatisierungsnetz verbunden werden.

Eine direkte, lückenlose Überwachung von Signalen auf der Feldseite ist bei konventionellen Trennstufen für binäre Signale nur eingeschränkt möglich. Herkömmliche Trennstufen bieten zwar durchaus eine Diagnose auf Kurzschluss oder Unterbrechung der Feldverdrahtung, die Signalisierung ist jedoch häufig auf LED an der Trennstufe begrenzt. Zusätzlich bieten einige Geräte auf dem Markt noch separate Fehlermeldekontakte.

Die Trennstufenreihe ISpac setzt auf eine durchgängige Lösung, sprich Fehlersignalisierung über LED, separatem Kontakt und Sammelfehlermeldung. Ziel ist es, dem Anwender keine Rätsel über den Zustand seiner Anlage aufzugeben. Manche Anwendungen sind auf erhöhte Sicherheit (Ex e) für Anlage und Bedienpersonal angewiesen und erfordern, dass etwa Leitungsfehler auf jedem einzelnen Kanal detektiert und weitergemeldet werden. Dies betrifft vor allem sicherheitsgerichtete Signale nach IEC EN 61508 / 61511, etwa Abschaltungen, die über Magnetventile erfolgen.

Mit neuen Schaltverstärkern (Typ 9170) und Binärausgaben (Typ 9175) steht in der Baureihe ISpac nun eine Lösung zur Verfügung, die auch die umgehende Erkennung feldseitiger Störungen und die direkte Meldung an ein Leitsystem ermöglicht. Dieses kann das Problem dann dem Anwender signalisieren. Die neuen Module eignen sich daher nicht nur für Ex i-Signale der Zonen 0 und 1, sondern gleichzeitig auch für den Einsatz in SIL 2-Signalkreisen.

Der Schaltverstärker vom Typ 9170 bildet an seinem Ausgang zur Leitebene ein Namur-Signal nach, das die Unterscheidung zwischen Signal AUS und Drahtbruch auf der einen Seite und Signal EIN und Kurzschluss auf der anderen Seite erlaubt. Im Ausgang befindet sich ein zusätzlicher Kontakt, der im Falle eines Fehlers auf der Feldseite öffnet und damit den detektierten Leitungsfehler an das Leitsystem weitermeldet. Die zuvor erforderliche Auswertung des separaten Fehlermeldekontaktes ist nicht mehr notwendig. Die Binärausgaben (Typ 9175) können sowohl Kurzschluss als auch Drahtbruch auf der Feldseite detektieren. Auch bei diesem Modul ist ein Kontakt an der Schnittstelle integriert, der im Fehlerfall öffnet.

Sicher abschalten

Während bei herkömmlichen Automatisierungskonzepten Sicherheitsfunktionen über zeit-, kosten- und materialaufwändige Punkt-zu-Punkt-Verkabelungen realisiert werden, bieten neuartige Lösungsansätze sehr viel mehr Komfort und werden dennoch den aktuellen Anforderungen an die Funktionale Sicherheit gerecht.

In mit SIL 2 spezifizierten Anwendungen im explosionsgefährdeten Bereich etwa lässt sich das Remote I/O-System IS1 einsetzen, das in seiner neuesten Generation umfassende Unterstützung für das ProfiSafe-Protokoll gewährleistet. Ein IS1-System stellt einerseits analoge Eingangsmodule zur Verfügung, über die SIL 2-gerecht via ProfiSafe kommuniziert werden kann. Zum anderen gibt es ein digitales Ausgangsmodul, das mit einem separaten, softwareunabhängigen Ex i-Eingang die sofortige Abschaltung aller Ausgänge ermöglicht.

Für zusätzlichen Komfort sorgen wichtige weitere Anwendervorteile: Auch bei SIL-Anforderungen ist das System beispielsweise vollständig Hart-transparent, sodass auch Hart-basierten Asset-Management-Funktionen nichts im Wege steht. Parallel zu den Prozessleitsystemen lässt sich mit diesen der Zustand aller Betriebsmittel laufend überwachen, um Wartungsintervalle an den tatsächlichen Bedarf anzupassen und drohende kostspielige Ausfälle rechtzeitig zu verhindern. ProfiSafe-Module und Profibus-Module sind in einem System beliebig mischbar. Natürlich lassen sich die Safety-Module nur über einen ProfiSafe-Master konfigurieren. Sämtliche Module des Systems sind in der Zone 1 hot swap-fähig. Neben Atex- und IECEx-Zertifikaten bringen sie auch DNV-, ABS- und GL-Bescheinigungen für den Einsatz auf See und in Offshore-Anlagen mit. Mit redundanter Leitungs- und/oder Komponenteninstallation können IS1-Systeme schließlich bei Bedarf auch auf höchste Verfügbarkeitsanforderungen ausgelegt werden.

Fazit

Bei explosionsgeschützter Technik zur Anbindung von Signalen aus dem Feld steigen die Anforderungen besonders im Hinblick auf Sicherheitsaspekte, denen nur neuere Komponenten und Systeme gerecht werden. Das Nebeneinander mehrerer Technologien von der Ex-Trennstufe bis zum Feldbus bleibt beim Großteil aller Anlagen der Königsweg zur effizientesten Lösung zur Signalübertragung. Auch Weiterentwicklungen etablierter Technik bleiben für optimale Interface-Systemlösungen daher unverzichtbar.

Der Autor ist Product Manager Automation bei R. Stahl, Waldenburg.

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