Einfach eigensicher – ohne Leistungsbeschränkung

Der Autor: Andreas Hennecke Produkt Marketing Manager, Geschäftsbereich Prozessautomation, Pepperl + Fuchs

Mit Dart haben Funken keine Chance, ganz egal, wo der Fehler auftritt. Dart (Dynamic Arc Recognition and Termination) ist dynamische Funkenerkennung und -unterdrückung und damit ein Konzept, das einen Funken in seiner Entstehung erkennt und abschaltet, bevor dieser zündfähig wird. Da Funkenbildung immer nur vorübergehend auftritt, kehrt das System nach wenigen Millisekunden wieder in den Normalbetrieb zurück. Instrumente und Leitsystem können weiter kommunizieren, da diese Trennung sehr kurzzeitig erfolgt. Die Funktion bleibt hoch verfügbar. Die Dart-Technologie nutzt also einen neuen Ansatz der Energiebegrenzung und ermöglicht eine erheblich höhere direkte Leistung.

Auf den ersten Blick ähnelt das Funktionsprinzip der Dart-Technologie einer Art Sicherheitstechnik. Dart hat trotzdem keinerlei Beziehung zu SIL, denn es handelt sich rein um die Explosionsschutzart Eigensicherheit (Ex ia) für die Zone 1.

Die Erfinder und Entwickler von Dart legen dabei Wert auf Interoperabilität, auch zwischen unterschiedlichen Herstellern, und insbesondere auf eine einfache Anwendbarkeit in der Praxis. Hierzu arbeitet ein Konsortium von immerhin 13 deutschen Herstellern unter Leitung der Physikalisch Technischen Bundesanstalt (PTB) Braunschweig an der Erstellung einer IEC TS (Technische Spezifikation), die Anwendung und Interoperabilität zwischen Herstellern grundlegend festlegen wird. In diesem Konsortium sind dieselben Fachleute vertreten, die vor mittlerweile fast 20 Jahren Fisco, das Fieldbus Intrinsically Safe Concept, definiert haben. Fisco, seit 2002 ein eigenständiges Kapitel der IEC-Norm für Explosionsschutz (IEC 60079), ist einer der wichtigen Grundsteine für die Akzeptanz und Anwendung von Feldbus in Prozessanlagen.

Der Profibus PA und der Foundation Fieldbus H1 sind zwei in der Prozesstechnik sehr populäre Feldbusse. Sie dienen der Kommunikation zwischen Leittechnik und Feldinstrumentierung mit integrierter Speisung und besonderer Eignung für den explosionsgefährdeten Bereich. Mit der Produktreihe FieldConnex-Dart-Feldbus erfolgt nun die erste Umsetzung der Dart-Technologie. Die Komponenten sind von der PTB nach dem internationalen Standard IEC 60079-11 zertifiziert und damit universell auch international einsetzbar.

Der Dart-Feldbus ist Teil der weit verbreiteten FieldConnex-Feldbusinfrastruktur von Pepperl+Fuchs. Hier wird die höhere eigensichere Leistung ausschließlich auf der Hauptleitung verwendet. Der Anschluss für die Leittechnik ist konventionell ausgelegt. Die Abgänge der Dart-Segment-Protektoren bieten Spur-Anschlüsse in klassischer Eigensicherheit für die heute existierende Instrumentierung.

Sowohl Trunk als auch Spurs sind eigensicher zertifiziert (Ex ib IIC für den Betrieb in der Zone 1). Dies ist ausreichend, denn bei den meisten feldbusfähigen Feldgeräten mit Zulassung für die Zone 0 befinden sich der Kopf des Transmitters und der Anschluss in der Zone 1.

Im Vergleich zu einer Anwendung im nicht explosionsgefährdeten Bereich bietet der Einsatz der Dart-Technologie annähernd die gleichen Kabellängen und anschließbare Teilnehmerzahlen. Weitere Vorteile sind: Die Feldbusinstallation ist vollständig eigensicher und kann redundant gespeist werden.

Für den Planer und Anwender ist so der Umgang mit Feldbus im Ex-Bereich uneingeschränkt und einfach möglich – und dies mit einem hohen Maß an Sicherheit von der Projektplanung bis zum Betrieb. Und da der Feldbus als Feldbusstruktur für vorhandene eigensichere Feldgeräte und Prozessleitsysteme ausgelegt ist, eignet er sich sowohl für Anlagenneubauten als auch zur Nachrüstung.

Fisco, das Konzept für eigensichere Feldbussysteme, wurde bei der Physikalisch Technischen Bundesanstalt (PTB) in Braunschweig entwickelt. Fisco legt den Herstellern empirisch nachgewiesene Grenzwerte für kapazitives und induktives Verhalten von Quellen, Kabeln und Instrumenten auf. Fisco ist mittlerweile festes Kapitel des IEC Standards 60079 und weltweit akzeptiert. Hieraus resultiert eine Einfachheit im Umgang mit Explosionsschutz „Eigensicherheit“, die ohne jede Berechnung auskommt und für mit Dart-Technologie ausgestattete Geräte ebenso gelten sollte. Diese Einfachheit legte man bei den Überlegungen zur Zertifizierung für FieldConnex-Dart-Feldbus von Pepperl+Fuchs als Maßstab zugrunde. Vor der Entwicklung und Zertifizierung der Dart-Feldbusstromversorgung und Dart-Segment-Protektoren stand die Analyse der Kundenbedürfnisse, die vom Produktkonzept bis zur Zertifizierung ihren Eingang fanden. Lediglich drei Regeln müssen von allen Akteuren – vom Planer über den Installateur bis zum Inbetriebnehmer und Wartungspersonal – beachtet werden:

Damit lassen sich alle Aufgaben von der Segmentauslegung über die Installation bis zur Inbetriebnahme und dem Nachweis der Eigensicherheit auf einfachste Weise lösen.

Die Segmentauslegung kann mit jedem Werkzeug erfolgen, das für die Planung von Profibus-PA- oder Foundation-Fieldbus-H1-Segmenten geeignet ist, zum Beispiel: www.segment-checker.com. Dabei stellt Dart soviel Leistung zur Verfügung, dass Kabelwege von 400 m Trunklänge unterstützt werden können. Zusätzlich ist die volle Spurlänge möglich. Die Installation erfolgt mit vertrauter Topologie und Kabeln, an die keine Zusatzanforderungen gestellt werden. Die Hauptleitung kann im Vergleich zum High-Power-Trunk-Konzept wesentlich einfacher, nämlich ohne Anforderungen an erhöhte Sicherheit, verlegt werden. Alle Anschlüsse außerhalb des Leittechnikraumes sind eigensicher. Eine Unterscheidung entfällt für den Elektriker und Installateur.

Die Inbetriebnahme erfolgt über bekannte Feldbusdiagnosewerkzeuge, die ebenfalls weiterverwendet werden. Hier bietet sich insbesondere die Möglichkeit der stationären Diagnose an. Sie wird in die Stromversorgung als Modul gesteckt und beschleunigt nicht nur die Validierung der Installation, sondern ermöglicht zusätzlich eine kontinuierliche Überwachung sowie Wiederholungsprüfungen nach geleisteten Wartungsarbeiten. Denn die Praxis zeigt immer wieder: Fehler am Feldbus entstehen in mehr als 80 % der Fälle unbeabsichtigt durch manuelle Eingriffe, beispielsweise bei der Wartung oder dem Austausch von Feldgeräten.

Der Nachweis der Eigensicherheit und die Dokumentation kommen vollständig ohne Berechnungen aus und sind auf eine reine Dokumentation von Merkmalen und Zertifikaten – wie bei Fisco schon bekannt – beschränkt. Damit ist bereits in der Planungsphase gewährleistet, dass das Segment einwandfrei funktionieren wird und der Explosionsschutz ist auch gleich nachgewiesen.

Ansonsten geht man mit dem Dart-Feldbus um wie mit Feldbussystemen in Produktionsbereichen, die keinen Ex-Schutz erfordern.

Eine IEC-TS bildet die Vorstufe zu einer IEC-Norm und gilt als bindendes Dokument für alle Marktteilnehmer. Mit dem Erscheinen einer IEC-TS für Dart-Technologie kann im Jahr 2012 gerechnet werden. Neben der einfachen Punkt-zu-Punkt-Verbindung werden vermutlich auch Betriebsszenarien mit mehreren Teilnehmern, ähnlich wie beim Feldbus, beschrieben werden. Damit sollte sich eine breite Palette von möglichen Anwendungen für Dart-Technologie auf Basis eines gemeinsamen Standards realisieren lassen. Die durch die IEC-TS entstehende Verbindlichkeit und Interoperabilität, ergänzt durch Überlegungen zur einfachen Anwendbarkeit, wie in den Beispielen beschrieben, dürfte zu einer hohen Akzeptanz der Dart-Technologie bei Herstellern und Endanwendern führen.

Online-Info: www.cav.de/c0811403