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Absicherung von Ethernet-APL-Komponenten

Sichere Kommunikation bis in die Feldebene
Absicherung von Ethernet-APL-Komponenten

Ethernet-APL ist der Hoffnungsträger der Prozessindustrie. Der Physical Layer ermöglicht die digitale Kommunikation und die gleichzeitige Elektrifizierung prozesstechnischer Geräte via Zweidrahtleitung bis in den Ex-Bereich. Ohne entsprechende Absicherung der Feldswitches und anderer Verbraucher, beispielsweise durch das REX-System, geht es allerdings trotzdem nicht.

Die Fragen nach der Effizienz von Fertigungsprozessen, die Erhöhung der Produktionsleistung und eine bessere Qualität der produzierten Güter sind fast so alt wie die Geschichte der Industrialisierung. Auch sehr konservative und beständige Geschäftsbereiche, wie z. B. die Prozessindustrie, können sich diesen Herausforderungen nicht entziehen und müssen Antworten darauf finden. Die Digitalisierung von Fertigungsanlagen hat bereits große Fortschritte gemacht und hält mittlerweile ebenfalls Einzug in die Produktionsanlagen der chemischen und pharmazeutischen Industrie. Dabei stellen die speziellen Eigenschaften der chemischen und petrochemischen Anlagen den Konstrukteur vor besondere Herausforderungen, da er z. B. die Einhaltung des Explosionsschutzes in einigen Anlagebereichen beachten muss. Das gewinnt insbesondere deswegen an Bedeutung, da die elektrischen Anlagen immer näher an den eigentlichen Fertigungsbereich heranrücken. Im Gegensatz zu früheren Anlagenkonzeptionen, bei denen alle Leitungen von einem zentralen Schaltschrank ins Feld gezogen wurden, finden heutzutage immer mehr modulare und dezentrale Konzepte Anwendung. Trotzdem ist bei der Digitalisierung der Produktionsanlagen deren große Ausdehnung zu berücksichtigen und muss auch in die Planungen der Netzwerktopologie einfließen. Dabei spielt Ethernet-APL (Advanced Physical Layer) seine Stärken aus. Die maximale Leitungslänge der Stammleitung (Trunk) beträgt 1000 m und ist dadurch deutlich länger als bei der normalen Ethernet-Verbindung. Daneben ist das Arbeitsumfeld in chemischen Anlagen deutlich rauer als z. B. im Maschinenbau. Daher reichen die üblicherweise verwendeten RJ45-Steckverbinder nicht aus und werden durch spezielle Lösungen ersetzt. Dieses Gesamtpaket ist im Besonderen auf die Anforderungen in der Prozessindustrie zugeschnitten.

Absicherung der Feldebene

Durch die Verwendung von Ethernet-APL und den entsprechenden Feldswitches kommt die digitale Infrastruktur bis in die Feldebene. Die Aktoren und Sensoren lassen sich über eine 2-Drahtleitung direkt mit dem Feldswitch verbinden. Durch die Eigensicherheit der Geräte kann kein zündfähiger Funke entstehen und die Geräte können im explosionsgefährdeten Bereich eingesetzt werden. In den Anlagen finden allerdings auch Aktoren Verwendung, die eine höhere Stromaufnahme benötigen. Darüber hinaus bedarf auch der Feldswitch einer Energieversorgung und der entsprechenden Absicherung. Die Verarbeitung aller Messdaten in diesem modernen Anlagenaufbau erfolgt digital, daher ist auch die Erfassung und Verarbeitung dieser weiteren Messdaten und Statusanzeigen zielführend. Durch die Zulassung der Geräte für die Zone 2 ist das intelligente REX-System eine Lösung. Durch den modularen Aufbau ist es flexibel auf die speziellen Anforderungen anpassbar. Mit seiner kompakten Bauform findet es problemlos in den Verteilerschränken Platz und liefert durch seine kommunikativen Schnittstellen die gewünschte Transparenz über die aktuelle Stromaufnahme des Systems.

Montage via Rückwandbügel

Das REX-System sichert die gesamte 24 V(DC)-Spannungsebene ab und besteht aus dem Einspeisemodul EM12-T auf der linken Seite, das mit dem Schaltnetzteil verbunden wird. Das System kann bis zu maximal 40 A über den integrierten Rückwandbügel verteilen. Weiteres Zubehör, wie z. B. Stromschienen, ist nicht notwendig und der Konstrukteur braucht dieses bei der Planung nicht zu berücksichtigen. Die unterschiedlichen Module lassen sich einfach aneinanderschieben und werden durch das Schließen des Rückwandbügels miteinander verbunden. Dadurch ist die Erweiterung oder Veränderung des Systems ohne Aufwand jederzeit möglich.

Buscontroller sorgt für Transparenz

An das Einspeisemodul schließt sich der Buscontroller CPC12 an. Dieses Modul ist das Gehirn des Systems. Der Buscontroller sammelt alle wichtigen Messwerte und Statusinformationen jedes einzelnen Lastkreises und überträgt diese an die übergeordneten Steuerungssysteme. Dadurch wird die Transparenz bis in die Feldebene erreicht. Verfügbar sind die gängigen Kommunikationsschnittstellen, die eine hohe Flexibilität gewährleisten. Darüber hinaus ist er mit einem integrierten Webserver ausgestattet, was ebenfalls den schnellen Zugriff auf alle wesentlichen Informationen vor Ort möglich macht.

Individuelle Absicherung

Zur Absicherung der unterschiedlichen Lasten dienen die elektronischen Sicherungsautomaten REX22D. Die Sicherungsautomaten sind als ein- oder zweikanalige Geräte mit einem festen oder einstellbaren Nennstrom verfügbar. Das ermöglicht den individuellen Aufbau des Systems und wird dadurch den Anforderungen nach mehr Flexibilität gerecht. Durch den umfangreichen Nennstrombereich von 1 bis 20 A der verschiedenen Sicherungsautomaten deckt das System den größten Teil aller Applikationen ab und erlaubt die Versorgung an einem Platz sowie durch ein System.

Die Sicherungsautomaten erfassen kontinuierlich den aktuellen Laststrom sowie die Spannung und den Status jedes einzelnen Kanals. Kommt es durch eine Störung an einem Verbraucher zu einer erhöhten Stromaufnahme, erkennt das der Sicherungsautomat. Er verfügt über einen parametrierbaren Grenzwert. Wird dieser überschritten, blinkt die Status-LED am Gerät und gleichzeitig überträgt es eine Meldung an die übergeordnete Steuerung. Das Instandhaltungspersonal kann dann schnell eingreifen und ungeplante Stillstände verhindern. Ebenso dokumentiert und analysiert das Gerät Abschaltungen durch Kurzschluss auf der Leitung oder auch bei der Überlastung der angeschlossenen Lasten, was die Fehlersuche erleichtert und die Stillstandzeiten reduziert.

E-T-A Elektrotechnische Apparate GmbH, Altdorf

Halle 11, Stand B11


Autor: Thomas Kramer

Business Development
Manager,

E-T-A



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