Dart-Feldbus sorgt für Aufsehen

Der Autor: Andreas Hennecke Produktmarketingmanager Geschäftsbereich Prozessautomation, Pepperl+Fuchs

Die vor mehreren Jahren erstmals vorgestellte Dart-Technologie ermöglicht höhere Leistung, und zwar unter Beibehalten der Explosionsschutzart Eigensicherheit (Ex i) einschließlich aller ihrer positiven Eigenschaften:

Diese Vorteile mussten bisher mit einer sehr geringen Wirkleistung erkauft werden, sodass die Eigensicherheit heute hauptsächlich in der Prozessautomatisierung eingesetzt wird.

Dart steht für das englische Dynamic Arc Recognition and Termination, die Dynamische Funkenerkennung und –unterdrückung. Das Konzept ist eine Neuentwicklung von Pepperl+Fuchs. Die Realisierung von Tests zur Überprüfung und Zertifizierung erfolgte durch die Physikalisch Technische Bundesanstalt (PTB).

Angeregt durch die PTB und Pepperl+Fuchs wurde 2008 ein vollständig privat finanziertes Konsortium, bestehend aus fünfzehn interessierten Firmen, gegründet. PTB untersuchte weitere Prüfmethoden und entwickelte Ideen für die Standardisierung von Dart-Technologie. Dieses und alle nachfolgenden Projekte laufen unter dem Namen Power-I: Das „I“ steht dabei für den englischen Begriff „Intrinsic Safety“. (Eigensicherheit). Die Ergebnisse wurden dann zu einem „New Work Item Proposal“ der IEC zusammengeführt und angenommen. Dazu war eine Zweidrittelmehrheit des IEC Gremiums erforderlich, und Teilnehmer aus mindestens fünf Ländern mussten sich bereit erklären, daran mitzuarbeiten. Heute bringen sich 28 Experten aus 14 Ländern ein und tragen zur Standardisierung bei. Diese wird in der Form einer IEC Technischen Spezifikation (IEC-TS) als neues Kapitel 39 der IEC 60079 etabliert, und es ist geplant, diese später in das Kapitel 11 „Eigensicherheit“ zu überführen. Die Begeisterung ist groß: die Aussicht darauf, die Leistungsgrenzen von 1,5 bis 5 W zu durchbrechen und bis zu 50 W zur Verfügung zu haben, beflügelt die Gedanken und Gemüter. Die IEC-TS verschafft Dart/Power-I die rechtliche Grundlage eines für Hersteller wie Anwender weltweit gültigen, verbindlichen Dokuments. Bis Anfang 2014 soll sie verabschiedet sein.

Während die Eigensicherheit klassisch die Leistung (konkret Strom, Spannung und Leistung) begrenzt, basiert Dart darauf, dass ein Funke ein sehr charakteristisches Signal auf den elektrischen Stromkreis sendet. Dieser kann an der Quelle und an jedem Verbraucher sicher erkannt und abgeschaltet werden. Betriebsstrom und -spannung dürfen signifikant höher ausfallen. Exakt und ausschließlich in dem Moment, in dem elektrische Energie in Form eines Funkens in Wärme umgesetzt wird, greift die Dart-Technologie ein.

Die PTB hat vor vielen Jahren die Prüfverfahren entwickelt, die auch bereits heute eine Zulassung nach der Norm der Eigensicherheit IEC 60079-11 ermöglichen. Diese wurden von einem zweiten Institut überprüft und bestätigt. Auf dieser Basis konnte Pepperl+Fuchs die ersten Geräte mit Dart-Technologie nach Atex und nach IECEx zulassen. So sind beispeilsweise Dart-Power-Hub und Dart-Segment-Protektor Teil der FieldConnex-Reihe des Herstellers. Sie sind diejenigen Komponenten der Feldbus-Infrastruktur, die die Verbindung zwischen Leittechnik und Feldgerät über die populären Protokolle Foundation Fieldbus H1 und Profibus PA herstellen, – nur erstmals mit einem eigensicheren High-Power Trunk.

Ein wichtiges Ziel bei der Entwicklung der Dart-Feldbus-Komponenten war der einfache Umgang mit der Technik in der Praxis. Sowohl seitens der PTB als auch bei Pepperl+Fuchs waren Experten am Werk, die schon Fisco (Fieldbus Intrinsically Safe Concept) gestalteten. Und bereits lag der Fokus auf der einfachen Anwendbarkeit.

Bei Dart-Feldbus erfolgen die Planung des Segmentes und die Validierung des Explosionsschutzes praktisch in einem Schritt. Neben den Planungsvorgaben der Feldbusnorm sind nur wenige Randbedingungen einzuhalten:

Die Planungsoftware Segment-Checker unterstützt den Planer, der mit wenigen Mausklicks die für den Feldbus so wichtigen Spannungspegel überprüfen kann. Damit ist bereits im Vorfeld nachgewiesen, dass das Segment funktional und bezüglich des Explosionsschutzes umsetzbar ist.

Funken entstehen, wenn ein Stecker gezogen wird. Dieser Betriebsfall muss für einen DartStromkreis so gehandhabt werden, dass die Verfügbarkeit des Feldbussegmentes gewahrt bleibt. Die Stromversorgung löscht also den Funken, wie bereits erwähnt, ab und fährt nach einer Zwangspause von einigen Millisekunden automatisch wieder an. Eine wichtige Funktion, denn die ganz große Mehrheit aller Funken kommt von gewolltem Stecken und Lösen von Verbindungen zu Feldgeräten.

Während der Löschpause versorgt ein Energiereservoir im Dart-Segment-Protektor die Feldgeräte, sodass diese in Betrieb bleiben. Ein ungewollter Neustart der Instrumente wird sogar bei mehreren kurz hintereinander auftretenden Unterbrechungen, beispielsweise durch Kontaktprellen, verhindert.

Das Feldbusprotokoll läuft weiter, da es so kurze Unterbrechungen über eigene Wiederholungsmechanismen abfängt. Feldinstrument und Leitrechner bemerken diese Unterbrechung nicht. Damit kann Dart auch in Kombination mit den Sicherheitsprotokollen Profisafe oder FF-SIF bei gleichbleibend hoher Anlagenverfügbarkeit eingesetzt werden.

FieldConnex-Dart-Feldbus-Produkte, Stromversorgung „Power Hub“ und Segment-Protektor für den Anschluss der Feldgeräte erhielten ihr Zertifikat nach heutigem Standard der Eigensicherheit IEC 60079-11. Eine IEC-TS über Power-I/Dart wird Interoperabilität und einen weiter vereinfachten Umgang mit der Eigensicherheit nach sich ziehen.

Interoperabilität sichert Märkte und damit Technologie: Die Dynamik der Gemüter rund um den elektrischen Explosionsschutz wird eine Dynamik in der Produktentwicklung nach sich ziehen, wenn die möglichen Leistungen von noch mehr Herstellern für ihre Applikationen entdeckt werden.

Halle 11.1, Stand A41

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