Kompakte Prozess-Interface-Systeme für die Verfahrenstechnik

Rangieren auf kleinstem Raum

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Die wirtschaftliche Gestaltung des Signaltransfers in verfahrenstechnischen Anlagen muss den hohen Anforderungen von Anlagensicherheit und -verfügbarkeit bei gleichzeitig steigender Anlagenkomplexität Rechnung tragen. So lassen sich mit der Parallelverdrahtung großer Signalmengen kompakte und flexible Installationen realisieren. Die Produktlinie Process-Interface ist hierfür ein Beispiel.

Dipl.-Ing. Heinrich Käuper

Im Gegensatz zur Fertigungstechnik, die durch dezentrale Installationen mit überwiegend digitalen Signalen geprägt ist, spielen bei der Prozessautomation nach wie vor Analogsignale (0/4…20 mA) zur Übertragung verfahrenstechnischer Größen eine wesentliche Rolle. Zur Automatisierung verfahrenstechnischer Prozesse werden viele Informationen über den augenblicklichen Wert verschiedener Prozessparameter benötigt. Die wichtigsten damit verbundenen Messaufgaben bestehen in der Erfassung der Größen Druck, Temperatur, Durchfluss und Füllstand. Des Weiteren findet sich neben analogen Regelsignalen eine Vielzahl von digitalen Melde- und Steuersignalen. Ein weiteres Merkmal prozesstechnischer Anlagen ist die Häufung von Zonen, in denen explosionsfähige Atmosphären auftreten können. Geräte, die man in diesem Bereich einsetzt, dürfen nur unter Berücksichtigung spezieller Schutzmaßnahmen installiert werden, d. h. ihr Gebrauch darf unter keinen Umständen zu einer Explosion führen.
Für die MSR-Technik hat sich die Zündschutzart Eigensicherheit (EEx-i) entsprechend der europäischen Norm EN 50020 durchgesetzt. Diese stellt durch Limitierung der in den Ex-Bereich geleiteten Leistung sicher, dass kein zündfähiger Funke oder thermischer Effekt entsteht.
Der eigensichere Messkreis besteht aus
• dem im explosionsgefährdeten Bereich installierten eigensicheren Betriebsmittel, z. B. Drucktransmitter, bei dem alle internen Stromkreise eigensicher sind,
• dem zugehörigen Betriebsmittel, z. B. Messumformerspeisetrenner, das ein eigensicheres in ein nicht eigensicheres Signal umsetzt und somit auch nichteigensichere Stromkreise enthält und
• den Verbindungsleitungen (Abb. 1).
Zugehörige Betriebsmittel gibt es als reine Signaltrenner (Sicherheitsbarrieren) oder signalumformende Geräte wie Messumformer, Trennschaltverstärker oder Ventilsteuerbausteine. Der Montageort dieser Interface-Geräte ist der sichere Bereich. Die Vorteile der Zündschutzart Eigensicherheit liegen in der vergleichsweise einfachen Bedienung, die die Wartung während des Betriebes erlaubt, sowie in der kostengünstigen Installation. Teure druckgekapselte Gehäuse und Feldverteilerkästen sind nicht erforderlich.
Dies ist auch Grund dafür, dass in der Prozesstechnik dezentrale Anlagenaufbauten bisher bei weitem nicht die Bedeutung besitzen, die sie in der Fertigungstechnik erlangt haben. Neben seriellen Lösungen, z. B. mit Remote-I/O-Stationen, die in Zone 1 installiert werden, werden auch in Zukunft Parallelverdrahtungskonzepte wirtschaftlich sein,.
Kompakt und servicefreundlich
Die Produktlinie Process-Interface (PI) ermöglicht bei geringem Platzbedarf eineinfaches Handling auch große Signalmengen. Gleichzeitig wird es hohen Anforderungen hinsichtlich Anlagenverfügbarkeit (u.a. durch Einschleifen-Integrität), kurzen Inbetriebnahmezeiten, Übersichtlichkeit und Servicefreundlichkeit gerecht.
Das PI-System besteht aus einem 12,4 mm schmalen Basissockel sowie steck- und kodierbaren, ebenfalls 12,4 mm schmalen, Elektronikmodulen (Abb. 2). Die geringe Baubreite ist möglich durch den Einsatz patentierter, flach bauender Ex-i-Trenntransformatoren und moderner SMD-Technologie mit geringer Verlustleistung. Der Basissockel bzw. die Grundklemme mit dem Anschlusskomfort einer Rangierklemme besitzt zum Feld hin Prüfbuchsen für jede Leitung, die sich vor, hinter und in integriertemn Trennmessern befinden. Durch die Messertrennung ist im Servicefall eine schnelle und sichere Trennung des Signalwegs möglich. Zu Diagnosezwecken kann ein Messgerät bequem in die Stromschleife eingekoppelt werden, ohne den Signalkreis zu unterbrechen.
Minimierter Rangier-und Platzaufwand
Process-Interface bietet die Möglichkeit, die PI-Grundklemme direkt in die Eingangsleiste des Rangierverteilers zu verdrahten. Mittels 32-poliger Potentialbrücken funktioniert die Spannungsversorgung ohne Verdrahtungsaufwand schnell und sicher. Die Funktionsanpassung erfolgt durch Stecken der jeweiligen PI-Module, die sich hierbei kodieren und vibrationssicher verrasten. Die Rangierung kann nun Ex-frei erfolgen, was aufgrund der einfacheren Installationsvorschriften für Ex-freie Signale vorteilhaft ist. Je nach individueller Applikation kann entweder auf Reihenklemmen oder Übergabemodule der Baureihe Varioface rangiert werden, die via Systemverkabelung eine kostengünstige und sichere Verbindung zur Leitsystemebene herstellen (Abb. 3). Durch dieses Zusammenfassen der Rangier- und Interfaceebenen sowie der geringen Baubreite von 12,4 mm wird der erforderliche Schaltschrankplatz erheblich reduziert.
Motherboards nach Maß
Nicht überall ist dieses Zusammenfassen möglich oder sinnvoll, beispielsweise, wenn separate Rangier- und Interfaceebenen bereits bestehen oder nicht rangiert wird. Für solche Applikationen stehen neben den modularen PI-Grundklemmen nun auch mehrkanalige PI-Modulträger (Motherboards) zur Verfügung. In Interfaceebenen sind Motherboard-Lösungen üblich und oft kostengünstiger als separate Hutschienengeräte.
Das PI-Universal-Motherboard enthält 16 Sockel zur Aufnahme der PI-Module und ist in einem hutschienenmontablen Gehäuse integriert. Die Energieversorgung wird zentral eingespeist. Systemseitig ermöglicht ein Mehrfachstecker den direkten Anschluss an die Ein-/Ausgabegruppe. Aufgrund der kompakten Bauart erlauben diese Geräte eine hohe Packungsdichte ohne Verlust der Einzelmesskreisintegrität. Die Entwicklung individueller Varianten ist vorgesehen und konstruktiv berücksichtigt. Durch eine Sammelzulassung wird eine schnelle Umsetzung anwenderspezifischer Lösungen erreicht. So können je nach individueller Anforderung z. B. vier-, acht- oder 16-kanalige Ausführungen mit verschiedenen Feldanschlussklemmen (Schraub, Zugfeder, Quix) und unterschiedlichen Mehrfachsteckern wie D-Sub, ELCO oder FLK zur Anbindung an ein SPS-Verdrahtungskonzept schnell und einfach realisiert werden (Abb. 4).
Abgerundetes Produktspektrum
Das kontinuierlich erweiterte PI-Modulspektrum besteht aus eigensicheren, smartfähigen Messumformerspeisegeräten, Namur-Schaltverstärkern, Ventilsteuerbausteinen, Trennverstärkern sowie programmierbaren Temperaturmesswandlern für Widerstandsthermometer und Thermoelemente. Allen Modulen gemeinsam ist die geringe Verlustleitung bei Übertragungsfehlern 0,05 % vom Endwert. Sie verfügen über Statusanzeigen, bieten Einschleifenintegrität zur Erhöhung der Anlagenverfügbarkeit und sind kompatibel zu allen namhaften Feldgeräten. Die eigensicheren Process-Interface-Komponenten sind mit der Kennung [EEx ia] II C als zugehörige Betriebsmittel für alle Zonen und Gase zugelassen und nach der ab 1. Juli 2003 verbindlichen Richtlinie Atex 100 a zertifiziert.
Halle 9.2, Stand K23-L25
E cav 311
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