Interfacetechnik Schnellsteckverbinder, Kabel und Remote-I/O-System optimieren modulares Anlagenkonzept

Redakteur: Gabriele Ilg

Um die Vorzüge der Modulbauweise auch bei der Instrumentierung und der Elektrik kompromisslos umsetzen zu können, setzen die Spezialisten des kanadischen Anlagenbauers Enerflex auf robuste Schnellsteckverbinder, Kabel, Verteiler und das BL20-Remote-I/O-System von Turck.

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Mit extrem robuster Verbindungstechnik konnte Turck die hohen Anforderungen von Enerflex erfüllen. (Bild: Turck)
Mit extrem robuster Verbindungstechnik konnte Turck die hohen Anforderungen von Enerflex erfüllen. (Bild: Turck)

Enerflex plant und baut verfahrenstechnische Anlagen für die Branchen Oil&Gas, Chemie, Energie und Umwelttechnik. Innerhalb des Konzerns ist Enerflex Production and Processing (P&P) für die Entwicklung und Konstruktion der Produktionsanlagen für die Oil&Gas- und die chemische Industrie verantwortlich. Da die Anlagen rund um den Globus verschickt werden, sind sie von vornherein modular aufgebaut, sodass sie in Segmente zerlegt und in Standard-Containern transportiert werden können.

Während das Modulkonzept mechanisch schon seit Jahren zufriedenstellend umgesetzt war, musste P&P bislang bei der Instrumentierung und der Elektrik Kompromisse eingehen. Enerflex baut die gesamte Anlage auf dem Werksgelände zunächst komplett zusammen, um die Instrumentierung parametrieren und alle Funktionen prüfen zu können. Im Anschluss musste jeweils ein Teil der Verkabelung von den Feldgeräten gelöst und wieder zurückverlegt werden, damit die einzelnen Module – die so genannten Skids – transportfähig waren.

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Am Einsatzort angekommen, galt es, die Verkabelung wieder herzustellen, was nur durch qualifiziertes Personal erledigt werden konnte. Diese Spezialisten während der Installation und Kommissionierung einer kompletten Anlage im Ausland unterzubringen, ist eine teure Angelegenheit. Darüber hinaus birgt die erneute Verkabelung immer die Gefahr, dass sich Fehler einschleichen, die das Anfahren der Anlage verzögern, was den Anlagenbauer teuer zu stehen kommen kann.

Potenzial im Physical Layer

Matthias Reissner, dem leitenden Ingenieur der Messtechnikabteilung bei Enerflex P&P, war der beschriebene Kompromiss lang ein Dorn im Auge. Ständig auf der Suche nach Optimierungen in seinen Anlagen, lag der Fokus meist auf neuen Technologien im Bereich der Instrumentierung – etwa zur Messung von Durchfluss, Druck oder Füllstand. Im Jahr 2006 konnte sich Reissners Team schließlich um den lang übersehenen Physical Layer kümmern, also die Verbindung zwischen Feldgeräten und Leitsystem. Das bei Enerflex eingesetzte Verfahren der direkten Verdrahtung jedes Feldgeräts war zwar seit Jahren erprobt, allerdings nicht auf die Modul-Bauweise optimiert und damit entsprechend aufwändig und teuer.

Als Spezialist für den Physical Layer konnte Turck genau das bieten, was Enerflex bislang gefehlt hatte: ein Schnellsteckverbindersystem, das den schnellen und fehlersicheren Abbau und Wiederaufbau einer Anlage ermöglicht. Die Lösung erlaubt den Anschluss der Feldgeräte mittels robuster Steckverbinder und Kabel, welche die zahlreichen Signale auf einen ebenso robusten achtfach-Verteiler bringen. Von dieser Box gehen die gesammelten Daten über ein mehradriges Sammelkabel bis zum Leitsystem. Mit diesem Stecker-basierten System sind die Anforderungen der Modulbauweise ideal umgesetzt, denn nach Aufbau und Test in der Werkshalle sind die einzelnen Skids ebenso schnell voneinander getrennt wie am Einsatzort wieder verbunden – zuverlässig und ohne die Gefahr von Verwechslungen. Dass das System sowohl über die kanadische CSA- als auch über die US-amerikanische FM-Zulassung verfügt, hat Reissner in seiner Entscheidung zusätzlich bestätigt.

Im Jahr 2008 hat Enerflex P&P das erste Projekt mit Turck-Technik umgesetzt. Für einen amerikanischen Oil&Gas-Kunden sollte das Unternehmen in vier Monaten eine komplette Anlage zur CO2-Entfernung aus Erdgas bauen und in Wyoming betriebsfertig übergeben. Die Anlage verfügt über rund 300 verschiedene I/O-Signale, darunter digitale Ein- und Ausgänge, 4...20mA, temperaturabhängige Widerstände und Thermoelemente. Die Signale entstehen in insgesamt vier Segmenten, die über größere Distanzen miteinander verbunden werden, sodass ein Großteil der Signale mehr als 100 Meter bis zur Steuerung zurücklegen muss.

Steckverbinder und Remote I/O

Zum Einsatz kamen Turcks Schnellsteckverbinderlösung und das Remote-I/O-System BL 20. Das System in Schutzart IP20 verfügt über eine CSA-Zulassung für den Betrieb in Zone 2/Division 2. Rund 150 Signale werden in drei Anlagensegmenten vom BL20 eingesammelt und per Ethernet/IP an die Steuerung weitergeleitet. Die Detailplanung und Konfiguration des BL20-I/O-Systems konnten die Enerflex-Spezialisten mit Unterstützung von Turcks I/O-Assistant-Software erledigen, die auch für den Test des Feldbussystems nach der Installation im Schaltschrank zum Einsatz kam. Erst nach den erfolgreich absolvierten Tests wurde alles an die Steuerung angeschlossen. Durch den Einsatz des BL20-Systems konnte Enerflex nicht nur die Zahl der erforderlichen Kabel deutlich reduzieren, sondern auch die Gesamtkosten.

Eine Herausforderung in dem ersten Projekt war der Anschluss der Feldgeräte in den vier Segmenten, denn trotz der Vielzahl von Signalen und einer vom Kunden geforderten Kapazitätsreserve von 20 Prozent sollte möglichst wenig Platz für die Verkabelung benötigt werden. In enger Zusammenarbeit mit den Turck-Spezialisten entschieden die Enerflex-Planer, analoge und binäre Daten separat zu übertragen.

Von der Steuerung zu den robusten 8-Port-Verteilern, die mit 7/8-Zoll-Minifast-Steckanschlüssen ausgerüstet sind, nutzt Enerflex ein geschirmtes Achtfach-Twisted-Pair-Kabel, von der Anschlussbox zu den Feldgeräten sind besonders widerstandsfähige Single-Twisted-Pair-Kabel im Einsatz. Diese Kabel sind, ähnlich wie ein Duschschlauch, von einem flexiblen Metallmantel geschützt. Mittels einer Software konnte Enerflex die passenden Kabellängen ermitteln, die daraufhin im Turck-Werk in Minneapolis, USA, kundenspezifisch konfiguriert wurden.

Um die geforderte Kapazitätsreserve für kommende Anlagenerweiterungen zu garantieren, bleiben von den acht verfügbaren Steckplätzen an jeder Verteilerbox die unteren beiden frei. Da auch die unbesetzten Anschlüsse bereits bis in die Steuerung verdrahtet wurden, können neue Signale im Bedarfsfall schnell und einfach aufgelegt werden. Durch den Einsatz der vorkonfigurierten Verteiler konnten nicht nur wertvoller Anlagenplatz eingespart werden, sondern auch zahlreiche Kabelkanäle, die bei einer Point-to-Point-Anbindung jedes Feldgeräts an die Steuerung angefallen wären. Weitere Einsparungen hat Enerflex bei den Schaltschränken erzielen können, denn die kompakten Maße des Achtfach-Kabel-Steckverbinders erlauben kompakte Steuerungsschränke.

Werkbank statt Anlage

Zum Anschluss der Feldgeräte hat sich Enerflex für Turcks explosionsgeschützte Durchgangssteckverbinder entschieden. So konnten die Techniker alle 70 Transmitter bereits in der Werkstatt anschließen und konfigurieren, bevor sie in der Anlage montiert werden.

Nachdem die Verkabelung, Programmierung und Kommissionierung der Anlage auf dem Enerflex-Werksgelände abgeschlossen war, zerlegten die Enerflex-Techniker alles in versandfreundliche Einheiten. Auch die Sammelkabel zur Steuerung wurden von den Verteilern abgenommen und so zurückverlegt, dass die einzelnen Skids transportfähig waren. Am Bestimmungsort angekommen, wurden die Kabelverbindungen von lokalen Technikern schnell und zuverlässig wieder hergestellt, sodass der endgültige Anlagentest vor Ort schon bald beginnen konnte.

Nachdem die ersten zwei Anlagen im Jahr 2008 erfolgreich installiert wurden, hat Enerflex noch drei weitere ausgeliefert, die nach Kundenvorgaben mit Turcks Schnellsteckverbindersystem ausgerüstet wurden.

* Der Autor ist Vertriebsspezialist bei Turcks Kanada-Vertretung Chartwell Automation in Calgary.Kontakt Turck: Tel. +49 (0)2 08 / 49 52 - 0

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