Hohe Verfügbarkeit garantiert

Dipl.-Ing.Oliver Merget

Durch den zunehmenden Automatisierungsgrad von Industrieanlagen wird die Verfügbarkeit der eingesetzten Systeme immer wichtiger. Ausfälle oder Störungen von Automatisierungssystemen führen einerseits zu unproduktiven Stillstandzeiten und bedingen andererseits häufig hohe Wiederanlaufkosten. Siemens bietet mit den Geräten der S7-400H-Reihe ein umfassendes Spektrum an hochverfügbaren Automatisierungskomponenten an. Für dezentrale Anschaltungen an diese Steuerungen war bisher ausschließlich das Peripheriesystem ET 200M vorgesehen. Dessen Komponenten können im explosionsgefährdeten Bereich der Zone 2 installiert und betrieben werden. Das Gerätespektrum wird jetzt durch die Weiterentwicklung der eigensicheren Peripherie ET 200iSP für Zone 1 und 21 ergänzt. Mit der ET 200iSP steht nun auch in diesem Bereich die durchgängige Automatisierungsplattform Totally Integrated Automation (TIA) voll zur Verfügung.

Hochverfügbarkeitstechnologie kann bei dezentralem Aufbau günstiger realisiert werden als mit dem klassischen, zentralen Automatisierungskonzept. Durch die Möglichkeit, das dezentrale Peripheriesystem ET 200iSP direkt bis in die Zone 1 explosionsgefährdeter Bereiche hinein zu installieren, fallen die Kosten für extra Verteilerkästen, zusätzliche Stammkabel und lange Verdrahtungswege weg. Ein Buskabel pro Peripheriestrang vom Nicht-Ex-Bereich zu den Anschaltungen im Ex-Bereich genügt, um eine große Anzahl von Stationen in die Automatisierung einzubinden. Die Nutzung dezentraler Peripherie auch in Ex-gefährdeten Bereichen führt letztlich zu Platzeinsparungen in den zentralen Schalträumen, was bei der Installation dieses Peripheriesystems häufig bereits bis zu 30 % der Kosten einspart. Und allein durch den Wegfall vieler Klemmstellen bei direktem Anschluss an die ET 200iSP kann weiter von einer um 40 % verkürzten Inbetriebnahmezeit gegenüber bisherigen Lösungen ausgegangen werden.

Die Ex-geschützte Peripherie ET 200iSP kann redundant betrieben werden. Hierbei sind verschiedene Aufbauformen und Betriebsarten möglich. So ist z.B. sowohl die volle Redundanz der Kopfstationen mit zwei Stromversorgungen und doppelten Busanschaltungen möglich als auch der Aufbau einer Station mit zwei Stromversorgungen und nur einer Busanschaltung oder umgekehrt mit einer Stromversorgung und zwei Anschaltungen. Mit diesen Redundanzoptionen lassen sich Stillstandzeiten und Wiederanlaufkosten merklich reduzieren. Hochverfügbare Automatisierungslösungen sollen mit Hilfe der Redundanz ihrer Struktur den Produktionsprozess auch nach einer Störung weiterführen. Wichtiges Kriterium ist hierbei die Umschaltzeit und Verfügbarkeit auf das Redundanzsystem beim Ausfall eines Masters oder Slaves. Die ET 200iSP unterstützt hier zwei Betriebsarten, die frei gewählt werden können. Unterstützt werden das so genannte Warm-Standby und als performantere Alternative das Hot-Standby mit besonders kurzen Umschaltzeiten. Bei der Warm-Standby-Lösung kann redundante ET-200iSP-Peripherie in Verbindung mit Standard S7-Controllern verwendet werden. Die Überwachung und Umschaltung der Peripheriestation leistet in diesem Fall ein Softwarepaket. Je nach Applikation werden dabei Umschaltzeiten von 2 s erreicht. Eine Umschaltung innerhalb von 100 ms ist dagegen mit der Hot-Standby-Redundanz möglich. Diese Lösung erfordert steuerungsseitig hochverfügbare Controller-Systeme (Simatic S7-400H). In beiden Fällen (Warm- und Hot-Standby) werden die Peripheriestationen mit redundanten Busanschaltungen ausgeführt. Die Umschaltzeit beim Ausfall einer Busanschaltung liegt unabhängig von der gewählten Betriebsart unter 30 ms.

Bei der Entwicklung des ET-200iSP-Systems wurde besonderes Augenmerk auf die Berücksichtigung offener Standards gelegt. Dadurch wird dem Anwender die Nutzung hochverfügbarer, eigensicherer und redundanter Peripherie in seiner vertrauten Automatisierungsumgebung wesentlich erleichtert. Hier sind im Wesentlichen die Verwendung des offenen Kommunikationsstandards Profibus, der Einsatz bereits am Markt eingeführter Komponenten zur physikalischen Ex-Trennung des Bussystems und die Implementierung des Hart-Standards zu nennen.

Die ET 200iSP ist mit einem selbstaufbauenden Modulträger konstruiert. Mit diesen Modulen lässt sich die Station flexibel und solide aufbauen. Grundbestandteil jeder Station sind die druckgekapselte Stromversorgung und ein Interfacemodul zur Bus-anschaltung, die je nach Einsatz redundant ausgeführt werden können. An die maximal 32 Terminalmodule einer Station lassen sich bis zu 256 binäre bzw. 128 analoge Feldsignale der Schutzart Ex i anschließen. Der Anschluss der Prozessperipherie erfolgt ausschließlich über Terminalmodule. Der Anwender kann hierbei zwischen Federzugtechnik und Schraubanschlusstechnik die für seinen Einsatzfall optimale Anschlusstechnik wählen. Alle Module lassen sich im laufenden Betrieb (hot swapping) austauschen. Gewechselte Terminalmodule werden nach dem Einbau automatisch wieder mit den Parametern versorgt. Eine Verwechslung von Modultypen untereinander wird durch eine mechanische Kodierung verhindert. Die Anschaltung an den Profibus ist als eigensichere Variante ausgeführt. Der Anwender kann bei der ET 200iSP aus einem reichhaltigen Modulspektrum auswählen. So stehen Eingangs- und Ausgangsmodule mit Hart-Funktionalität zur Verfügung. Diese beinhalten auch die so genannten Secondary-Variablen, welche dem Anwender auf Wunsch im Prozessabbild zur weiteren Verarbeitung angeboten werden. Weiter gibt es Eingangsmodule zum Anschluss von Widerstandsthermometern und Thermoelementen. An digitalen Modulen ist ein Namur-Eingangsmodul (8-kanalig) erhältlich, das auf alle gängigen Kontaktarten einstellbar ist und auch als Zähler verwendet werden kann. Zur Ansteuerung von Ventilen und Leuchtmeldern verschiedener Hersteller stehen Module in drei Leistungsklassen zur Verfügung. Alle Module sind für den Einsatz im erweiterten Temperaturbereich geeignet und betauungsfest.

Wird die ET 200iSP im Umfeld von Simatic S7-400 in Standard-S7- oder PCS-7-Anlagen betrieben, so ist ein uneingeschränktes Erweitern der Stationen im laufenden Betrieb möglich. Es können weitere Sensoren oder Aktoren hinzugefügt werden und/oder der jeweils entsprechende Kanal aktiviert werden. Bei Baugruppen, die den Hart-Standard unterstützen, bedeutet dies beispielsweise, dass online entschieden werden kann, ob ein Hart- oder Standardsensor angeschlossen wird. Sollbaugruppen lassen sich ebenfalls in einer Station online hinzufügen oder Parameter einer Baugruppe beliebig ändern. Auch die Erweiterung eines DP-Stranges um weitere Slaves im laufenden Betrieb wird voll unterstützt. Alle digitalen Ausgangsmodule verfügen über einen Eingang, der bei Anliegen eines Signals die Ausgänge lastfrei schaltet. Das Signal wirkt direkt ohne Einfluss jeglicher Firmware auf die Eingänge. Die restlichen angeschlossenen Signale einer Station stehen dem Anwender ohne Einschränkung weiter zu Verfügung, um seinen Prozess zu steuern und zu beobachten. Bei Verwendung des digitalen Eingangsmoduls ist es möglich, zwei Kanäle als Zähler zu parametrieren, wobei das Eingangssignal zum Inkrementieren und zum Dekrementieren des Zählers genutzt werden kann. Auch eine Frequenzmessung ist an diesen für Frequenzen bis zu 5 kHz ausgelegten Eingängen möglich.

ET 200iSP ist optimal in die Automatisierungsfamilie Simatic S7 und das Leitsystem PCS 7 integriert. Aber auch der Anschluss an Fremd-Master-Systeme ist möglich. Die Konfiguration der Ex-geschützten Peripherie erfolgt beim Einsatz im Simatic-Umfeld über die Standardmechanismen von Step 7, ebenso die gesamte Parametrierung. Die Projektierung und Parametrierung der angeschlossenen Hart-Feldgeräte kann über das integrierte Softwarepaket Prozess Device Manager (PDM) erfolgen. Zur Installation im Feld wird das angebotene Spektrum durch EEx-e-Schaltschränke in Edelstahlausführung in der Schutzart IP 65 abgerundet, in denen die in der Schutzart IP 30 ausgeführten ET 200iSP eingebaut werden können. Die Gehäuse sind auch zur Installation in explosionsgefährdeter Umgebung wegen Stäuben zugelassen.

Halle 7, Stand 414

cav 413

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