Wackelkontakten auf der Spur

Holger Neumann

Neben der Prozessoptimierung ist die Anlagensicherheit für eine rationelle Produktion und eine möglichst gleichbleibende Produktqualität von entscheidender Bedeutung. Die Mütec DuoTec-Geräte ermöglichen hierbei einen hohen Standard aufgrund ihrer Failsafe-Technologie. Sie bestehen aus dem Messumformer (MTP200) und dem Messumformer-Speisegerät (MSK200) und stellen das Bindeglied zwischen der Anlage und dem Prozessleitsystem dar (Abb. 1). Als Eingangssignale stehen praktisch sämtliche elektrischen Standardsignale und Temperaturfühler der Zündschutzart ia (Zone 0) zur Verfügung. Zwei-Leiter-Transmitter werden mit dem Speisegerät in der Zündschutzart ib (Zone 1) versorgt. Die Geräte selbst werden in einer Ex-freien Zone installiert. Als Ausgänge stehen die Einheitssignale z.B. 4…20 mA oder 1…10 VDC, vier Grenzwerte und ein Wartungsbedarfsrelais zur Verfügung. Alle Informationen können auch über die Bus-Schnittstelle übertragen werden. Der Messumformer und das Messumformer-Speisegerät beinhalten die Funktion einer Grenzwertkarte, so dass eine nachgeschaltete Grenzwertauswertung entfällt.

Die DuoTec-Failsafe-Geräte sind nach den grundlegenden Sicherheitsbetrachtungen für MSR-Schutzeinrichtungen DIN19250 für die Anforderungsklasse 4 zertifiziert. Die Anforderungsklasse 4 ist die höchste AK, die mit einem einfachen Gerät erreichbar ist. Die nächsthöhere AK5 ist nur durch Redundanz erreichbar. Daneben wurden IEC 61508 (SIL2), IEC73, VDE/VDI 2180 und die Namur-Empfehlungen 21 berücksichtigt.

Ermöglicht wird die Erfüllung der AK4 durch zwei Mikroprozessoren, die neben der Messwertverarbeitung ständig Einzeldiagnosen im gesamten Funktionsbereich durchführen. Das heißt, es werden nicht nur der Messkreis, sondern es wird der gesamte Funtionsbereich überwacht. Unter anderem sind dies neben dem Messkreis der Ausgangskreis, die Hilfsenergie, die Relaiskontakte und die Hard- und Software selbst. Dabei werden alle 400 ms zehn Einzeldiagnosen vorgenommen. Ist eine Einzeldiagnose nicht plausibel, so wird ein Wartungsalarm ausgelöst, wobei der Öffnungskontakt (Ruhestrom) zur weiteren Verwendung steht, beispielsweise für eine Sicherheitsschleife oder Sammelmeldung. Der Fehler wird sowohl über eine rote Error-LED in der Front des Gerätes, als auch in der Software angezeigt. Handelt es sich um einen kurzzeitig auftretenden Fehler wie ein Wackelkontakt, wird dieser im Fehlerspeicher der Software bzw. über die blinkende LED am Gerät angezeigt.

Auch die Messgenauigkeit, die bei einer Laborgenauigkeit von ±0,01% liegt, wird bei DuoTec-Failsafe überprüft. Über die Software kann ein Toleranzbereich eingestellt werden, der eine entsprechende Abweichung vom Messwert zulässt. Betreibt man die Geräte redundant, so wird eine noch höhere Sicherheit erreicht.

Die Geräte können mit einem Notebook über die frontseitige RS232-Schnittstelle oder über den RS485-Bus von der Messwarte konfiguriert und parametriert werden. Die Software Winsmart ist dabei übersichtlich und sehr einfach in der Bedienung. Alle Eingangsdaten wie Auswahl von Thermoelement, Pt100, mA-, mV-Signal, alle Ausgangsdaten, die Grenzwerte, Toleranzbereiche, Messgenauigkeit, Filterzeiten (auch im Ausgang) etc. können einfach per Mausklick eingestellt werden. Selbst eine Min- und Max-Gradientenüberwachung ist in der Maske für Grenzwerteinstellungen integriert.

Die Eingabe oder Änderung von Daten ist über einen Zugangscode manipulationssicher geschützt.

Winsmart stellt in einer Online-Maske den Messwert analog und digital dar. Im Falle einer Grenzwertüber- oder unterschreitung wird die Überschreitung am Gerät selbst und in der Software angezeigt. Eine permanente Überwachung der Grenzwerte ist somit auch über größere Entfernungen gewährleistet. Der in Winsmart integrierte Diagnosemanager zeigt den Fehler aktuell und den Fehlerspeicher an. Hierdurch ist sichergestellt, dass auch kurzzeitig auftretende Fehler lokalisiert werden. Erst durch ein Quittieren im Diagnosemanager wird der Fehlerspeicher wieder gelöscht. Ein dem Anwender frei zur Verfügung stehender Textspeicher ermöglicht eine Dokumentation der Historie des Messumformers bzw. Speisegerätes.

DuoCompact ist ein Gehäuse für vier bzw. acht DuoTec-Failsafe-Geräte. Dieses System vereint auf einfache Weise die Vorteile der 19”- und der Schnappschienentechnik (Abb. 2). Das Gehäuse wird auf einer Schnappschiene montiert und kann fest verdrahtet werden. Die Karten können trotzdem, auch im laufenden Betrieb, ausgewechselt werden. Damit bietet DuoCompact, bezogen auf die benötigte Montagefläche, eine höchstmögliche Funktionsdichte. Durch den modularen Aufbau ist die Planung, eine Erweiterung oder Änderung, ein Austausch usw. leicht machbar. Die Serie DuoCompact 208 hat zudem eine redundante Stromversorgung mit integrierten Diodenentkopplern. Daneben sind DuoTec-Geräte auch in 19”-Racks und Schaltschränken erhältlich.

Durch die Bustechnologie kann von einer zentralen Stelle des Werkes aus die gesamte Konfiguration, Parametrierung, Istwert- und Alarmüberwachung durchgeführt werden. Dies spart zeitaufwendige Wege und belässt das Wartungspersonal in geschützter Umgebung. Im Servicefall brauchen für die Ursachenermittlung keine Sicherheitsebenen aufgesucht werden. Eine routinemäßige Wartung kann entfallen, da sich im Fehlerfall das System selbst meldet und damit auch keine aufwendige Fehlersuche notwendig ist. Die Messeingänge sind einzel (parallel) verdrahtet. Durch diese Multifunktionalität des Messumformers entfällt die Notwendigkeit zwischen verschiedenen Gerätetypen zu unterscheiden, was die Planung und Lagerhaltung vereinfacht. Eine problemlose Installation, vereinfachte Loop-Checks, Statusinformationen und ein Konfigurationsprotokoll helfen bei der Inbetriebnahme.

Die Anwendungen für DuoTec-Failsafe-Geräte sind vielfältig. So bietet das Gerät standardmäßig einen Gradientenalarm, der innerhalb eines definierten Zeitintervalls bei steigendem bzw. fallendem Gradienten einen Alarm auslöst. In chemischen Reaktoren werden hiermit schnelle Druck- und Temperaturveränderungen überwacht. Durch die digitale Verarbeitung innerhalb des Systems können sehr kleine Messspannen hoch aufgelöst werden. Dies lässt sich beispielsweise in Verbrennungsöfen bei Verbrennungstemperaturen zwischen 1000 und 1050 °C nutzen. Auch hohe Drücke von 2400 bis 2500 bar lassen sich problemlos überwachen.

Die Aufgabe bestand darin, die Messwerte von 600 Messumformern (MTP200) und/oder Speisegeräten (MSK200) über eine Gateway-Anbindung in das Prozessleitsystem TDC-3000 von Honeywell einzulesen. Zusätzlich soll mit einem PC der Zugang zu jedem Gerät möglich sein. Das TDC-3000 von Honeywell ist ein NT-basierendes Anlagen-Automationssystem und beinhaltet neben diversen Kontrollmöglichkeiten weitere Anwendungen wie multivariable Kontrollen, Batch-Kontrollen, Optimierungen und umfassende Prozessdokumentationen.

Der Messdatensammler (4TE) ist das Bindeglied zwischen max. 20 MTP200 bzw. MSK200 eines 19”-Racks und dem Gatewaykoppler GWK 200. Die Adressierung der Racks erfolgt hardwaremäßig durch den dazugehörigen MDS200, womit die zulässigen Adressen von 01 bis 31 eingestellt werden können. Der Gatewaykoppler (4TE) ist das Verbindungsglied zwischen den MDS200-Geräten und dem PC bzw. PLS. Für die Schnittstellenverbindung zwischen GWK200 und PLS XXX ist die Modbus-Adresse im Bereich von 1-247 parametrierbar.

Mit Winsmart ist der Zugriff auf alle Parameter der beteiligten Geräte möglich. Die Datenübertragung der beteiligten MTP200/MSK200-Geräte zur PLS lässt sich dabei entsprechend dem Anwenderwunsch konfigurieren. Standardmäßig wird der Messwert jedes Gerätes an das Prozessleitsystem übertragen. Darüber hinaus lassen sich weitere Daten, wie z. B. Grenzwertalarme und Ausgangssignal, übermitteln, wozu in den Koppelbaugruppen MDS200 und GWK200 entsprechende Softwareanpassungen für den Anwender vorgenommen werden. Da die Messwerte über den Bus in das Honeywell-Leitsystem eingelesen werden, wurden 600 Systemeingänge nicht benötigt. Dies hat zu erheblichen Kosteneinsparungen geführt.

Halle14, Stand A41

E cav 206