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Signalanbindung in der Leittechnik

Weniger ist mehr – wie Sie Feldsignale platzsparend ans Leitsystem anbinden

| Autor / Redakteur: Dipl.-Ing. Stephan Sagebiel / Dr. Jörg Kempf

Schrank an Schrank – das war einmal und muss nicht sein! Moderne und „schlanke“ Mess- und Regeltechnik macht’s möglich!
Schrank an Schrank – das war einmal und muss nicht sein! Moderne und „schlanke“ Mess- und Regeltechnik macht’s möglich! (Bild: Phoenix Contact)

Die Mess- und Regeltechnik bildet das Rückgrat jeder prozesstechnischen Anlage. Die meist zentral installierten Rangier- und Interface-Komponenten nehmen jedoch viel Platz im Schaltraum ein. Das muss nicht sein! Lesen Sie, wie Sie bis zu ein Viertel der Schaltschränke einsparen können.

Neben einem effizienten verfahrenstechnischen Prozess hängt das jährliche Produktionsvolumen in der Prozessindustrie maßgeblich von der Verfügbarkeit der gesamten Automatisierungstechnik ab. Je nach Anlagengröße werden für die Steuerung eines kontinuierlichen Prozesses zwischen 5000 und 25.000 Sensoren und Aktoren benötigt. Deren Signale können auf unterschiedliche Arten an das Leitsystem übermittelt werden. Als eine Möglichkeit seien Remote-I/Os genannt. Dabei handelt es sich um I/O-Module, die dezentral im Feld in einem Klemmkasten montiert sind. Die Sensoren und Aktoren werden dann als Binär- oder Analogsignale an die Remote-I/Os angeschlossen. Die Ankopplung an die Leittechnik erfolgt über Profibus-/Modbus- und vereinzelt bereits Profinet-Ringstrukturen.

Alternativ lassen sich Feldbussysteme verwenden. Hierfür müssen die Feldgeräte eine Profibus PA- oder Foundation Fieldbus (FF)-Schnittstelle umfassen. Die Daten werden komplett digital übertragen. Im Feld sind jeweils zwölf bis 24 Feldgeräte an Feldbarrieren und Gerätekoppler angeschlossen, die wiederum über Feldbus-Hauptleitungen an den FF-Master oder DP/PA-Koppler angebunden werden. Und schließlich lassen sich die Signale über eine klassische Parallelverdrahtung an das Leitsystem kommunizieren. Für die Verkabelung im Feld sind typischerweise je 32 Sensoren und Aktoren mit einem Klemmkasten verbunden. Von dort aus führen zum Beispiel 64-polige Stammkabel in den zentralen Schaltraum. Hier werden die Aderpaare auf Rangierverteiler aufgelegt und danach über Relais oder Trennverstärker den einzelnen I/O-Karten der zentralen Steuerung zugeordnet.

Bis zu 60 Schaltschränke für Signalanpassung und -rangierung

Trotz Cloud Computing, Predictive Maintenance und Augmented Reality verdrahtet die überwiegende Zahl der Betreiber ihre Großanlagen auch heute noch parallel und steuert sie zentral. Denn im Hinblick auf Fehlersuche, Wartung und Verfügbarkeit stellt diese Art der Verkabelung die geringsten Anforderungen an das Personal und die Umgebung. 4…20-mA-Signale zeichnen sich durch die größte EMV-Stabilität, eine Fehlersuche mit dem einfach bedienbaren Multimeter, keinerlei Schirmungsproblemen sowie eine absolute Rückwirkungsfreiheit einzelner Kanalfehler gegenüber anderen Kanälen aus. Der Umgang mit Eigensicherheitsnachweisen und die Hart-Parametrierung mit dem Handheld-Gerät erweisen sich für die Mitarbeiter ebenfalls nicht als Herausforderung. Doch leider erfordert die Parallelverdrahtung den meisten Platz im Schaltraum.

Im Schaltraum sind verschiedene Schranktypen zu finden (siehe Bildergalerie, Abb. 2). Zum einen gibt es Systemschränke, in denen die I/O-Karten des Leitsystems untergebracht sind. Interface-Schränke umfassen Relais, Signaltrenner und gegebenenfalls Überspannungsschutzgeräte zur Entkopplung, Ex-Trennung sowie zur Absicherung der Anwendung vor Transienten und energiereichen Spannungsspitzen. Rangierschränke dienen der strukturierten Ankopplung der Feldkabel sowie der Kreuzrangierung auf die richtigen Interfaces. Unter Umständen werden zusätzlich 24-Volt-Schränke benötigt, um die erforderliche Hilfsspannung inklusive Potenzialverteilung und Absicherung für die System-, Interface- und Feldversorgung bereitzustellen.

Interface- und Rangierschränke sind zahlenmäßig am häufigsten im Schaltraum vertreten. Je nach Betreiber-Philosophie und Komponentengröße beinhalten die 800 x 2000 Millimeter großen Interface-Schränke rund 250 bis 400 Signale. Hinzu kommt jeweils ein Rangierschrank für zwei bis drei Interface-Schränke. Bei einer mittelgroßen Anlage mit 10.000 I/Os ergeben sich so etwa 25 bis 40 Interface- sowie zehn bis 20 Rangierschränke. Allein für die Signalanpassung und -rangierung muss der Betreiber folglich zwischen 35 und 60 Schaltschränke veranschlagen.

Lesen Sie auf der nächsten Seite, warum Produktabkündigungen eine Chance für den Neuaufbau der Signalanbindung bieten.

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