Startseite » Chemie »

Board oder Schiene?

Installationstechniken für Interfacebausteine im Zeitalter der Feldbusse
Board oder Schiene?

Die Signale für Messen, Steuern, Regeln und Überwachen in Produktionsunternehmen müssen vorverarbeitet werden, bevor sie an das Leitsystem gelangen. Um Schutz, Sicherheit und Funktion im Ex-Bereich zu gewährleisten, werden die Signalstromkreise in Zündschutzart Eigensicherheit ausgeführt. Die Funktion dieser Interfacebausteine wird also von der Anlagentechnik vorgegeben. Bei der Art der Ausführung gibt es jedoch Freiheitsgrade.

Jürgen George

Geräte in Tragschienenmontage sind seit über 20 Jahren im Betrieb. Sie sind mit steckbaren Klemmen ausgerüstet und können im Betrieb gezogen und gesteckt werden. Parallel zur Tragschienenmontage gibt es in neuerer Zeit Motherboardsysteme, bei denen die Geräte auf eine mechanisch robuste Grundleiterplatte gesteckt werden. Mit der Einführung der Feldbustechniken, veränderten sich jedoch die Anforderungen an diese Systeme. Die Ensembles der konventionellen Punkt-zu-Punkt verdrahteten Interfacebausteine wurden zu Remote I/O-Systemen. Zum Leitsystem hin gibt es de facto nur noch die Anschlüsse für den Feldbus und die Versorgungsspannung. Die Zahl der Klemmen ist gegenüber konventionellen Point to Point-Systemen etwa halbiert. Andererseits benötigt der Anlagenfahrer immer mehr Informationen über den Zustand seiner Anlage. Damit steigt die Zahl der Feldsignalkreise und der benötigten Module. Zusatzinformationen über die Feldgeräte werden z. B. über Hart-Multiplexer übertragen. Mehr Feldsignale, mehr Module, mehr Versorgungsstromkreise und die Zusatzfunktionen bringen zusätzlichen Verdrahtungsaufwand.
Tragschienen-Lösung
Für die Montage auf der Tragschiene reicht eine einfache, kostengünstige Hutschiene aus, um die kompakten Remote I/O-Module zu tragen. Die Feldverdrahtung wird direkt an die großvolumigen, steckbaren Klemmen der Geräte geführt. Zur Anbindung der Geräte an den Feldbus lässt sich bei Remote I/O-Systemen Power Rail von Pepperl+Fuchs benutzen. Power Rail ist ein kunststoff-isoliertes Einlegeteil für die normgerechte Tragschiene und wird zusammen mit dieser befestigt (Abb. 1). Es trägt fünf Stromschienen. Durch einfaches Aufschnappen der Geräte auf die Tragschiene erhalten sie über Steckkontakte an der Unterseite der Gehäuse ihre 24-VDC-Versorgungsspannung. Beim RPI-System ist dabei gleichzeitig auch die Verbindung zum internen Bus des Remote I/O-Systems und zur Hart-Kommunikation der angeschlossenen Feldgeräte hergestellt. Am Gateway, das genauso einfach auf die Schiene geschnappt wird, erfolgt sowohl der externe Zugriff auf die digitale Buskommunikation als auch auf die Hart-Signale. Zwischen den Modulen gibt es keine weitere Verdrahtung. Zur späteren Erweiterung des Systems muss lediglich der Platz auf der Tragschiene mit dem Power Rail vorgesehen werden. Durch die Tragschienenmontage lässt sich RPI sehr flexibel den Gegebenheiten der Anlage, vom kleinen Signalmultiplexer bis zur Großanlage mit über 60 000 Loops, anpassen. Durch den Aufbau des Systems auf einer normgerechten Schiene lassen sich beliebige Tragschienengeräte integrieren, die freilich die Vorteile des Power Rail nicht besitzen.
Motherboardsysteme
Bei Motherboardsystemen sitzen die Trägerplatinen, auf die die einzelnen Module gesteckt werden, in passenden mechanischen Anordnungen. Die Systeme werden an der Wand montiert, aber auch Tragschienenmontage ist mit entsprechenden Haltern möglich. Die Module werden einfach auf das Motherboard gesteckt. Dabei werden die Verbindungen zur Spannungsversorgung und zum Bus automatisch hergestellt. Oft wird die Verdrahtung der Feldstromkreise direkt an die Module an steckbare Klemmen geführt. Auf den schmalen Modulgehäusen ist wenig Platz. Entsprechend klein sind die Klemmen, und die Beschriftung ist oft kaum lesbar.
Beim Elcon HiD3000-System sind die Grundplatinen auf stabilen Trägern aus Metall montiert. Robuste Klemmen für Drähte bis zu 2,5 mm² sitzen direkt auf dem Motherboard. Das freut die Freunde einer soliden Verdrahtung: Vom Schaltschrankbauer oder Systemintegrator werden die Boards montiert, die Kabel fest verlegt und direkt auf Klemmen der leeren Motherboards aufgelegt. Erst zum Zeitpunkt der Inbetriebnahme wird der Steckplatz verwechslungssicher kodiert und die Module auf die Boards geschnappt und mit dem integrierten Quik-Lok-System verriegelt. Die Module können jederzeit ausgetauscht werden ohne die Verdrahtung anfassen zu müssen. Die Platinen des Motherboards sind zweigeteilt. Sie lassen sich individuell an die Anforderungen der Eigensicherheit und des eingesetzten Leitsystems anpassen. Zur Hart-Kommunikation mit den angeschlossenen Feldgeräten lässt sich ein schneller Hart-Multiplexer aufstecken.
Im Feld installiert
Weitergehende Einsparungen lassen sich erzielen, indem die Point to Bus-Systeme nahe bei den Sensoren und Aktoren im Feld installiert werden. Dadurch werden die Leitungen zu den Feldgeräten kurz. Den langen Weg zur Warte überbrückt das Feldbuskabel; z. B. können das RPI und HiD3000 sogar innerhalb des explosionsgefährdeten Bereichs in der Zone 2 installiert werden, wenn sie in einem Schaltkasten in Schutzart IP 54 eingebaut werden. Für Wartung und Reparatur ist dabei der Zugang zu den Geräten in ähnlicher Weise möglich wie im sicheren Bereich.
Noch aggressiver ist der Ansatz, die Remote-I/O-Systeme innerhalb der Explosionsschutzzone 1 zu installieren. Je nach System muss die Hilfsenergie lokal zugeführt werden. Der Feldbus muss explosionsgeschützt sein. Profibus-PA und Foundation Fieldbus, aber auch Profibus-DP, Modbus RTU und ControlNet, sind eigensicher verfügbar. Damit stellen die Point to Bus-Systeme für die konventionellen Feldsignale die notwendige Ergänzung zu den direkt busgekoppelten Sensoren und Aktoren dar. Die Systeme sollten weitgehend eigensicher ausgelegt sein, um Reparaturen in ähnlicher Weise wie im Schaltraum durchführen zu können. Hot swappable ist im Ex-Bereich nicht trivial. Im Feld sind deutlich höhere Umgebungstemperaturen zu erwarten, als im klimatisierten Schaltraum. Die Geräte müssen hierfür ausgelegt sein. Davon hängt nicht nur die funktionale Lebensdauer, sondern auch der Explosionsschutz ab. Es empfiehlt sich, Netzteile außerhalb des Schaltkastens (Schutzart mindestens IP 54) zu installieren, damit die Verlustwärme nicht die Trennbausteine aufheizt (Abb. 2).
Das modulare, eigensichere IS-RPI-System wurde speziell für den Einsatz innerhalb der Zone 1 ausgelegt (Abb. 3). Ganz ohne Schaltkasten kommt das FPI aus: Die robusten Gehäuse in Schutzart IP 65 können ohne Weiteres vor Ort montiert werden. Die 12 binären E/A-Kanäle des Gerätes können über den Profibus-PA oder Foundation Fieldbus gespeist werden, eine zusätzliche Spannungsversorgung gibt es nicht.
Je nach Anforderung
Ob der Anwender die Lösung wählt, die Remote I/O-Bausteine ins Feld in die Zo-ne 1 zu setzen, hängt natürlich von den Gegebenheiten seiner Anlage ab. Der Explosionsschutz und die Umweltbedingungen vor Ort beeinflussen die Auslegung der Systeme und der Handhabung entscheidend. Systeme für die Zone 2 sind in der Regel flexibler einsetzbar. Bezüglich des Explosionsschutzes zertifizierte Produkte geben dem Anwender die nötige Sicherheit beim Einsatz. Für den Schaltraum lassen sich Tragschienensysteme einfach auf die Gegebenheit der Anlage anpassen. Unterschiedliche Geräte, auch von verschiedenen Herstellern, lassen sich integrieren. Die Vorleistungen für spätere Erweiterungen beschränken sich auf die Schiene. Der mechanische Aufbau ist einfach und kostengünstig. Die Verdrahtung wird durch Einsatz von Power Rail minimiert. Hochwertige Motherboardsysteme verwenden eine stabile Trägermechanik aus Metall. Die Klemmen sitzen direkt auf dem Board. Damit kann eine solide Verdrahtung installiert werden, ohne dass die Geräte montiert sind. Die Module selbst lassen sich einfach aufstecken und verriegeln. Dabei sind sie gegen Vertauschen gesichert. Unterschiedliche Adapterplatinen ermöglichen die Anpassung an die gängigen Leitsysteme. So vielfältig wie die Anforderungen an die Installationstechniken für Interfacebausteine mit Feldbusanschaltung sind auch die angebotenen Konzepte. Es kann für den Anwender entscheidend sein, mit einem Hersteller zusammenzuarbeiten, der die verschiedenen Systeme beherrscht und je nach Anlage die passenden Produkte liefern kann.
Halle 15, Stand C40
E cav 205
Unsere Webinar-Empfehlung
Newsletter

Jetzt unseren Newsletter abonnieren

cav-Produktreport

Für Sie zusammengestellt

Webinare & Webcasts

Technisches Wissen aus erster Hand

Whitepaper

Hier finden Sie aktuelle Whitepaper

Top-Thema: Instandhaltung 4.0

Lösungen für Chemie, Pharma und Food

Pharma-Lexikon

Online Lexikon für Pharma-Technologie

phpro-Expertenmeinung

Pharma-Experten geben Auskunft

Prozesstechnik-Kalender

Alle Termine auf einen Blick


Industrie.de Infoservice
Vielen Dank für Ihre Bestellung!
Sie erhalten in Kürze eine Bestätigung per E-Mail.
Von Ihnen ausgesucht:
Weitere Informationen gewünscht?
Einfach neue Dokumente auswählen
und zuletzt Adresse eingeben.
Wie funktioniert der Industrie.de Infoservice?
Zur Hilfeseite »
Ihre Adresse:














Die Konradin Verlag Robert Kohlhammer GmbH erhebt, verarbeitet und nutzt die Daten, die der Nutzer bei der Registrierung zum Industrie.de Infoservice freiwillig zur Verfügung stellt, zum Zwecke der Erfüllung dieses Nutzungsverhältnisses. Der Nutzer erhält damit Zugang zu den Dokumenten des Industrie.de Infoservice.
AGB
datenschutz-online@konradin.de