Interface-Technik Moderne Ex i Trennstufen in der Prozessindustrie

Redakteur: Gerd Kielburger

Einer der wichtigsten Anforderungen an die Automatisierungstechnik und damit auch an die Interface-Technik in der Prozessindustrie ist der störungsfreie, kontinuierliche Betrieb. Dipl.-Ing. (FH) Stephan Schultz

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ISpac-Trennstufen erreichen die Anforderungen bis zu SIL 3. Bilder: R. Stahl Schaltgeräte
ISpac-Trennstufen erreichen die Anforderungen bis zu SIL 3. Bilder: R. Stahl Schaltgeräte
( Archiv: Vogel Business Media )

Die daraus abgeleitete Anforderung an die Interface-Technik ergibt sich so automatisch: hohe Zuverlässigkeit und die Überwachung der Feldstromkreise auf Abnormalitäten. Dabei darf die Interface-Technik das Messsignal nur im äußerst geringen Umfang beeinflussen und sollte letztendlich für den Anwender so gut wie unsichtbar sein.

Der Blick auf den Markt eröffnet drei grundsätzliche Arten der Interface-Technik. Zum einen die Punkt-zu-Punkt- Verbindungen mittels Trennstufen, die Remote I/O-Technologie und last but not least die Feldbustechnik. Der erste Gedanke könnte deshalb sein, dass es sich bei der Ex i Trennung mittels Trennstufen um eine veralterte Technologie handelt, die in den nächsten Jahren von der Feldbustechnik und Remote I/O abgelöst wird. Die konventionelle Trennstufentechnik hat jedoch noch lange nicht ausgedient. Ganz im Gegenteil: die Kombination der verschiedenen Interface-Technologien und die Verwendung entsprechend der Applikation, bietet dem Anwender sowohl technisch als auch ökonomisch den größtmöglichen Vorteil.

Trennstufen bieten vor allem einen Vorteil aufgrund der technisch einfachen, wenn auch im Vergleich zu Remote I/O und Feldbustechnik zeitaufwändigen, Verdrahtung. Zudem sind die Signale mit sehr einfachen Mitteln zu testen, da sie mit Ausnahme von Hart kein Protokoll zur Informationsübertragung benötigen. Sicherheitsgerichtete Funktionen lassen sich derzeit mithilfe von Trennstufen einfacher umsetzten.

Trennstufen: Eine gute Wahl

Die Prozessindustrie ist nicht frei von Risiken. Das umfasst sowohl die mögliche Zündung einer explosionsfähigen Atmos-phäre, als auch den Umgang mit giftigen oder umweltgefährdenden Stoffen. Die Betreiber der Prozessindustrie stehen vor der Aufgabe, diese Risiken für Menschen und Umwelt auf ein akzeptables Niveau zu reduzieren. Ein Mittel zur Risikominderung ist der Einsatz von sicherheitsgerichteter Automatisierungstechnik. Safety Integrity Level (kurz SIL) ist das in diesem Zusammenhang häufig gebrauchte Stichwort.

Typischerweise steht der Planer vor der Aufgabe, eine Mischung aus „normalen“ und sicherheitsgerichteten Signalen zu integrieren. Die ISpac-Trennstufen können problemlos und ohne Aufpreis für die Übertragung von sicherheitsgerichteten Signalen eingesetzt werden. Die Geräte erreichen SIL 2, teilweise sogar SIL 3 und sind damit für die Anforderungen in der Prozessindustrie bestens geeignet.

Basis für Asset Mangement

Der Einsatz von Asset Management-Systemen parallel zu den Prozessleitsystemen, soll die Effizienz der Fertigung dadurch erhöhen, dass der Zustand der eingesetzten Betriebsmittel laufend überwacht wird. Die gewonnen Informationen dienen beispielsweise dazu, die Wartungsintervalle an den tatsächlichen Bedarf anzupassen und gleichzeitig drohenden kostspieligen Ausfällen zuvorzukommen.

Das Hart-Protokoll ist eines der gebräuchlichsten und am weitesten verbreiteten Protokolle, das für die Übertragung von Informationen für Asset Management-Systemen eingesetzt wird. Zudem wird es zur Parametrierung der Feldgeräte vor Ort oder zentral aus einer Leitwarte genutzt. Das Hart-Protokoll basiert auf dem weit verbreiteten analogen 4...20mA-Signal. Die Übertragung des Signals setzt jedoch voraus, dass ein passender Übertragungskanal zur Verfügung steht. Empfehlenswert ist bei der Auswahl dieser Funktion nicht nur an die aktuell zu lösende Aufgabe zu denken, sondern in eine Lösung zu investieren, die auch in Zukunft alle Wege offen lässt. Die ISpac-Trennstufen sind so konzipiert, das sie sowohl als einkanalige als auch zweikanalige Varianten diese Signale in beide Richtungen übertragen.

Weil jede Minute zählt

Die Installation von 30, 40 oder noch mehr Trennstufen ist prinzipiell aufwändiger als das Aufstecken eines Buskabels. Fakt ist, dass jeder Kanal eine Doppelader zur Verbindung benötigt. Dies ist durch das Prinzip der Trennstufen gegeben. Es lässt sich jedoch noch einiges tun, um den Aufwand im Schaltschrankbau zu reduzieren. Das fängt damit an, dass der Anschluss der Geräte an die Hilfsenergie nicht für jedes Gerät mit dem Griff zum Schraubendreher verbunden sein sollte. Abhilfe schafft bei ISpac der so genannte pac-Bus, der einfach entsprechend der Anzahl der Geräte zusammengesteckt wird und dann ebenfalls ohne Werkzeug auf der Hutschiene installiert wird. Mit dem Aufrasten der Trennstufen auf dem pac-Bus wird automatisch die Verbindung zur Hilfsenergie hergestellt. Sowohl detektierte Leitungsfehler als auch der Hilfsenergieausfall eines einzelnen Gerätes werden als Sammelmeldung über potenzialfreie Fehlermeldekontakte gemeldet. Diese Meldung kann über einen digitalen Eingang in der Leitwarte ausgewertet werden. Dadurch kommt man im Falle einer Störung dem Problem schneller und sicherer auf den Grund und kann auf diese Art und Weise die Anlage schneller wieder in Betrieb nehmen. Die Verfügbarkeit der Fertigung wird durch diese Funktion im Falle des Falles deutlich erhöht.

Kleine Unregelmäßigkeiten

Kleine Unregelmäßigkeiten können oft eine große Wirkung haben. So ist es auch mit der Unterschreitung der Versorgungsspannung von Trennstufen. Besonders Trennstufen für digitale Signale können sehr empfindlich reagieren, wenn sie sich in einem undefiniertem Zustand befinden. Im schlimmsten Fall kommt es zu schnellen Ein- und Ausschalten des Ausgangs, was zu unberechenbaren Reaktionen innerhalb der Anlage führen kann.

Die ISpac-Trennstufen verfügen zunächst über einen breiten Versorgungsspannungsbereich. Sollte dieser Bereich jedoch unterschritten werden, schalten die ISpac-Module definiert ab und melden diesen Ausfall über potenzialfreie Kontakte. Undefinierte Zustände und Fehlmeldungen werden damit zuverlässig vermieden.

Schnelle Systemintegration

Feldstromkreise lassen sich auf verschieden Art und Weise an die Ein- und Ausgangskarten von Automatisierungssystemen anschließen. Die einfachste aber auch aufwändigste Möglichkeit ist der Anschluss jedes einzelnen Kanals über Klemmen. Einfacher und schneller geht es mit integrierten Lösungen wie dem ISpac-Trägersystem. Der Träger nimmt die ISpac-Module auf und ermöglicht den Anschluss an die Ein- und Ausgangskarten mithilfe von vorgefertigten Systemkabeln. Bis zu 32 Kanäle lassen sich schnell und sicher anschließen. Die einzelnen Trägervarianten sind auf die eingesetzten Ein- und Ausgangskarten der Automatisierungssysteme abgestimmt. Der ISpac-Träger verfügt über acht oder 16 Einzelsteckplätze für beliebigen Signalmix. Die Anschlussmöglichkeit für Hart-Multiplexer, die neben dem pac-Träger auf die Hutschiene montiert werden, ist integriert. Um eine hohe Verfügbarkeit sicher zu stellen, sind redundante und abgesicherte Hilfsenergieversorgung sowie Fehlermeldungen über Hilfsenergieausfall oder Leitungsfehler selbstverständlicher Standard.

Fazit: Mit Trennstufen stehen dem Anwender in der Prozessautomatisierung eine Technik zur Verfügung, die ihre Zuverlässigkeit und Flexibilität in der Vergangenheit millionenfach unter Beweis gestellt hat. Gleichzeitig ist sie bei verfügbarer Kompatibilität zum Hart-Protokoll auch für die Zukunft gewappnet. Kleine bis mittlere Signalmengen, SIL-Anwendungen und umfangreicher Ersatzbedarf aufgrund einer großen installierten Basis, sind und bleiben die Domäne der Trennstufentechnik – eingebunden in die Interface-Techniken Remote I/O und Feldbus. n

Der Autor ist Mitarbeiter der R. Stahl Schaltgeräte, Waldenburg.

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