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Interfacetechnik

Interfacetechnik sichert effiziente Gasversorgung

| Autor/ Redakteur: Helmut Ambros / Dr. Jörg Kempf

Interfacegeräte sind oft im wahrsten Sinn des Wortes „Hidden Champions“. Sie verstecken sich meist in Schaltschränken oder Messwarten und arbeiten still und leise vor sich hin. Trotz der Konkurrenz durch Remote-IOs und Feldbusse sind Interfacegeräte in vielen Fällen die effizienteste Lösung zum Übertragen der in der Regel analogen Prozesssignale.

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Interfacegeräte sind oft im wahrsten Sinn des Wortes „Hidden Champions“. Sie verstecken sich meist in Schaltschränken oder Messwarten und arbeiten still und leise vor sich hin. (Bilder: Turck, Archiv; [M]-Sahlmüller)
Interfacegeräte sind oft im wahrsten Sinn des Wortes „Hidden Champions“. Sie verstecken sich meist in Schaltschränken oder Messwarten und arbeiten still und leise vor sich hin. (Bilder: Turck, Archiv; [M]-Sahlmüller)
( Archiv: Vogel Business Media )

Wenn es darum geht, Signale von Feldgeräten ins Leitsystem zu übertragen, hat der Anwender heute die Qual der Wahl. Drei Technologien stehen hierfür zur Auswahl: die Feldbustechnik, auch als „Bus to Bus“ bezeichnet, die Point-to-Bus-Verdrahtung über Remote IOs oder die gute alte Interfacetechnik, also die direkte Punkt-zu-Punkt-Verdrahtung der Feldgeräte mit Leitsystem oder Steuerung.

Alternative Wege zum Leitsystem

Der modernste der drei Lösungswege ist die Feldbustechnik. In dieser Variante wird die Feldinstrumentierung direkt über das Kommunikationsprotokoll – beispielsweise Profibus oder Foundation Fieldbus – an den Bus angekoppelt. Jedes Feldgerät ist damit ein eigenständiger Teilnehmer des Kommunikationsbusses. Bei der Punkt-zu-Bus-Verdrahtung werden die Signale der Feldinstrumentierung an der Remote-I/O-Station in der Anlage gesammelt, in ein digitales Protokoll überführt und über ein Buskabel an die Steuerung geleitet. Somit benötigen die SPS oder das Leitsystem statt vieler analoger oder digitaler Ein- und Ausgangskarten lediglich eine Buskarte. Die in der Prozessautomatisierung üblichen Datenprotokolle sind Profibus, Foundation Fieldbus, DeviceNet oder Modbus.

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Trotz aller Bustechnologien hat die klassische Signalübertragungsvariante Interfacetechnik heute immer noch ihre Einsatzberechtigung. Jedes einzelne Messsignal wird dabei aus einem Messinstrument im Feld direkt bis zur Steuerung geleitet. Diese Signale werden zunächst galvanisch getrennt und dann aufbereitet oder umgeformt, bevor sie vom Feld in die SPS bzw. das Leitsystem gelangen. Diese Trennerebene dient dem Zweck, die Steuerung vor Störsignalen oder unerwünschten Übertragungen aus dem Feld zu schützen und das Explosionsschutzkonzept des jeweiligen Betreibers zu unterstützen. Da jedes Signal einzeln an die Steuerung gelangt, muss diese über entsprechend viele Signaleingänge und -ausgänge verfügen.

Einsatz in der Gasversorgung

Vor allem, wenn nur wenige Feldgeräte in entfernten Außenstellen in die Leittechnik eingebunden werden sollen, spielen Interfacelösungen ihre Stärken aus, denn Remote-IO- und Feldbussysteme wären hier einfach zu teuer. Ein solcher Anwendungsfall ist die Gasversorgung. „Wir müssen ständig die aktuellen Messwerte unserer rund 160 Ortseinspeisungen im Blick haben, da ist eine leistungsfähige, aber nicht zu teure Interfacetechnik ein entscheidender Faktor für den effizienten Anlagenbetrieb. Feldbustechnik wäre hier gar nicht finanzierbar“, sagt Karl-Heinz Markut, verantwortlich für die Netzsteuerung bei erdgas schwaben.

Das Unternehmen versorgt 165 Städte und Gemeinden in ganz Schwaben und Teilen Oberbayerns sowie sieben weiterverteilende Unternehmen mit Erdgas; insgesamt sind 5000 km Rohrleitungen angeschlossen. In direkter Nachbarschaft beginnt das Versorgungsgebiet von Erdgas Südbayern. Der Regionalversorger beliefert 247 Städte in Ober- und Niederbayern sowie 24 kommunale Weiterverteiler mit Erdgas. Dafür steht in Südbayern ein modernes und weit verzweigtes Erdgas-Leitungsnetz mit circa 800 Übergabestationen zur Verfügung.

Das Ergas wird vom Vorlieferanten, z.B. Bayerngas, an den Übergabestationen in das Netz der Regionalversorger wie erdgas schwaben oder Erdgas Südbayern übergeben. In den Übergabe-Gasstationen, die oft ganz unscheinbar wie Fertiggaragen in die Landschaft integriert sind, haben sowohl der Vorlieferant als auch der Regionalversorger ihre eigene Messtechnik samt Zähler installiert. Die Messwerte werden via Fernwirktechnik abgerufen und zentral im Leitstand dargestellt.

In den Stationen wird der Druck des ankommenden Gases – etwa 60 bar im Winter und rund 40 bar im Sommer – auf den in Privathaushalten üblichen Druck von 0,2 bis 1 bar bzw. 10 bar für Gewerbekunden reduziert. Da bei der Druckumformung Temperaturen bis –20 °C entstehen können, verfügen die Stationen über Heizanlagen, welche die Rohre auf eine Temperatur von 10 bis 15 °C aufheizen. Wäre die Temperatur niedriger, würde Tauwasser entstehen, und die Rohre und Anlagen würden rosten. Neben der Heizung besitzt jede Station eine Odoriereinrichtung, die das im Normalzustand geruchlose Erdgas mit einem unangenehmen Geruchsstoff versetzt. So ist das Gas im Störfall sofort wahrnehmbar.

Messen und abgleichen

Um einen reibungslosen Betrieb zu gewährleisten, müssen in jeder Station bestimmte Messwerte erfasst, an den Leitstand übertragen und überwacht werden. So werden u.a. der Eingangs- und der Ausgangsdruck aufgenommen, die Temperatur des Gases ermittelt und die Impulse der Durchflusssensoren zur Ermittlung der Gasmenge gezählt. Zusätzliche Signale entstehen bei den Liquifanten zur Füllstandmessung für die Odor-Behälter, den Ventilstellungsanzeigen und teilweise auch bei Taupunktsensoren, die eine gradgenaue Beheizung der Rohre erlauben. Alle Sensoren sind in Zone 1 installiert.

Nach dem Motto „Vertrauen ist gut – Kontrolle ist besser“ lässt Franz Meiser, bei Erdgas Südbayern zuständig für die Elektro-Nachrichtentechnik in der Region Ost des Versorgungsgebietes, regelmäßig die in der Leitware angezeigten Messwerte mit den Ergebnissen direkt an den Messstellen abgleichen. „Wir setzen hier Turck-Interfacetechnik mit Displayanzeigen ein“, sagt Meiser. „Früher mussten wir jedes Manometer, jedes Thermometer und jede andere Messung einzeln direkt an der Messstelle ablesen. Heute werden alle Ergebnisse im Display der 19˝-Karten angezeigt. So muss nicht unbedingt ein Spezialist vor Ort sein, jeder Mitarbeiter kann die angezeigten Messwerte telefonisch an die Leitwarte durchgeben.“

Anschlussfertige Schaltschränke

Nicht auf 19˝-Karten, sondern auf Hutschienengeräte setzt Karl-Heinz Markut bei erdgas schwaben. Als Turck-Kunde hat er hier die freie Wahl der Gehäusebauform, denn die meisten Interfacelösungen bietet das Unternehmen sowohl im Aufbaugehäuse für die Hutschiene als auch im 19˝-Format an. Neben der Qualität der Turck-Interfacelösungen hat vor allem das Komplettangebot des Mülheimer Interfacespezialisten den schwäbischen Gasversorger überzeugt. „Wir beziehen von Turck komplett konfigurierte Schaltschränke, die unsere Mitarbeiter nur noch in den Stationen anschließen müssen“, erklärt Markut. „Neben der Interfacetechnik enthalten die Schaltschränke auch die nach unseren Vorgaben aufgebaute Fernwirktechnik, komplett verkabelt und mit Schaltplan sowie allen erforderlichen Unterlagen versehen. Das ist ein echter Mehrwert für uns.“

Gebaut werden die Schaltschränke von Turck Mechatec. Die Turck-Tochter bietet für alle Bereiche der industriellen Automatisierungstechnik kundenorientierte elektromechanische Komplettlösungen, von kundenspezifischen Leitungen bis zu komplett vorinstallierten Steuerungs- und Schaltschränken. Damit ergänzt Mechatec das Lösungspaket des Sensor-, Feldbus-, Anschlusstechnik- und Interfacespezialisten Turck bei Bedarf um ein weiteres kundenorientiertes Angebot.

Interview zum Thema: „Global einsetzbares Portfolio für alle Anforderungen“

Für Ryan Kromhout, Produktmanager Interfacetechnik Prozessautomation bei Turck, gilt als größte Herausforderung der Zukunft, ein global einsetzbares Portfolio für alle Anforderungen der Interfacetechnik anzubieten.

PROCESS: Herr Kromhout, moderne Feldbustechnologien finden immer mehr Akzeptanz in der Prozessautomatisierung. Haben Sie keine Angst, dass die Interfacetechnik in Zukunft ausstirbt?

Kromhout: Im Gegenteil! Feldbustechnologien können zwar den größeren Teil des weltweiten Umsatzes in Projekten für neue Anlagen oder Teilanlagen für sich verbuchen, doch man muss hier geografisch differenzieren: So werden viele Anlagen in Südostasien, China, Indien oder Russland noch immer intensiv mit Interfacetechnik ausgerüstet. Für die Anlagenbetreiber dort hat das den Vorteil, dass sie kein speziell auf Feldbus geschultes Personal vorhalten müssen. In der Interfacetechnik reicht ein Multimeter, um die Ursache einer möglichen Störung feststellen zu können. Zudem meldet moderne Interfacetechnik von Turck dem Betreiber ohnehin, ob beispielsweise ein Drahtbruch oder Kurzschluss vorliegt. Mit seinem umfassenden Portfolio in diesem Bereich, das zu einem großen Teil die FTD-Technologie unterstützt, behauptet sich Turck aber auch im Verdrängungswettbewerb in gesättigten Märkten wie etwa Westeuropa.

PROCESS: Was sind aus Ihrer Sicht die besonderen Herausforderungen im Bereich Interfacetechnik?

Kromhout: Ein global einsetzbares Portfolio für alle Anforderungen der Interfacetechnik anzubieten, wird meiner Meinung nach die größte Herausforderung für die Hersteller bleiben. In Wachstumsmärkten wie den BRIC-Staaten (Brasilien, Russland, Indien, China) muss dabei die Grundfunktionalität der Interfacetechnik zu einem unverschämt günstigen Preis pro Kanal angeboten werden können. Ferner wird der so genannte Footprint, also der benötigte Platzbedarf in einem Schaltschrank, immer wichtiger. Je mehr Kanäle der Anwender auf kleinstem Raum unterbringen kann, desto weniger Schaltschränke benötigt er. Über die Grundfunktionen hinaus muss zukunftsfähige Interfacetechnik dem Kunden einen spürbaren Nutzen bringen, z.B. eine vereinfachte Planung durch universale Spannungsversorgung oder vereinfachte Fehlersuche durch intuitive Menüführung über das Display. Turck hat viel in diesen Mehrwert investiert. Und wer es noch komfortabler mag, nutzt die Funktionalität unserer DTMs. Die Hilfetexte und Diagramme zu den einzelnen Funktionen sind so umfangreich, dass eine Betriebsanleitung für diese Produkte nicht mehr erforderlich ist.

PROCESS: Sie propagieren stark das Thema Asset Management im Physical Layer, also der Verbindung zwischen Feldgerät und Leitsystem. Wie reagiert der Markt auf diese Möglichkeit?

Kromhout: Mit unserem, Slogan „Asset Management Enabled“ bringen wir zum Ausdruck, dass wir den Physical Layer ebenfalls zu einem Asset, also einem Wertgegenstand, deklarieren. Angefangen hat Asset Management in der Ebene der Feldinstrumentierung. Die Verbindung dorthin hat man aber immer außer Acht gelassen. Turck bietet über alle drei Bereiche des Physical Layers – Punkt-zu-Punkt, Punkt-zu-Bus, Bus-zu-Bus – die Möglichkeit, diese einer zusätzlichen Diagnose zu unterziehen und sie in Asset-Management-Systeme einzubinden. So überwacht unsere Interfacetechnik sowohl die Verbindung zum Feldinstrument als auch zum Leitsystem. Mittels FDT/DTM ermöglichen die Geräte eine weitreichende Diagnose – übrigens auch für die traditionelle 19˝-Technik. Somit bietet Turck als einer der wenigen Hersteller seinen Kunden die Möglichkeit, die installierte Basis von 19˝-Karten für Asset Management zu erschließen, ohne Veränderungen in der Verdrahtung vornehmen zu müssen.

PROCESS: Lassen Sie uns in die Zukunft sehen: Wohin entwickelt sich der Interfacemarkt in den kommenden Jahren?

Kromhout: Der Markt für Interfacetechnik wird nach wie vor stabil bleiben und lediglich von einer geografischen Verlagerung geprägt werden. Solange das grundlegende technische Niveau eines Servicetechnikers in den Wachstumsmärkten nicht den Anforderungen der Feldbustechnik entspricht, werden wir in diesen Ländern ein ordentliches Wachstum erleben. Meiner Meinung nach wird auch in der Zukunft ein erheblicher Teil aller Applikationen in der Prozessautomatisierung in herkömmlicher Punkt-zu-Punkt-Verbindung realisiert werden, weil die Vorteile eines Feldbusses nicht in allen Anwendungen die Mehrkosten rechtfertigen. Doch egal, wie sich der Kunde heute oder in Zukunft entscheidet, Turck offeriert für alle Verbindungswege im Physical Layer innovative Produkte – von der Interfacetechnik über Remote I/O bis zu Feldbuslösungen. Und sollte ein Kunde eine besondere Anforderung mit unseren Standardprodukten einmal nicht umsetzen können, sind wir dank unseres Entwicklungs- und Produktionsstandorts in Deutschland jederzeit in der Lage, eine kundenspezifische Lösung zu entwickeln.

Der Autor ist Key Account Manager Prozessautomation bei der Hans Turck GmbH & Co. KG in Mülheim.

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