Verfahrenstechnik 9/2019

MESSEN, REGELN,

MESSEN, REGELN, AUTOMATISIEREN Höhere Anlagenverfügbarkeit Redundante Stromversorgungen schützen vor Überspannung Verfügbarkeit spielt generell – und ganz besonders bei verfahrenstechnischen Anlagen – eine übergeordnete Rolle. Wird die Hilfsspannungsversorgung in Anlagenteilen oder bei einzelnen Komponenten unterbrochen, kann es zu langen und damit kostenintensiven Produktionsausfällen kommen. Für einen sicheren Betrieb sorgen entsprechende Redundanzkonzepte. Autor: Alexander Haneke, B. Eng., Produktmanager Redundanzmodule, Phoenix Contact Power Supplies GmbH, Paderborn Wirft man einen genaueren Blick auf die gängigen Lasten in der Prozessindustrie, rücken DCS-Systeme (Distribution Control System), Remote I/O-Stationen sowie aktive Rangier-Verteiler, die oft über zwei voneinander entkoppelte Einspeiseklemmen versorgt werden, in den Fokus. Daher sind redundante Systeme in vielen Fällen ein probates Mittel zur Vermeidung des sogenannten Single Point of Failure. Dies gilt auch für die überall erforderliche Hilfsspannungs-Versorgung, für die sich in den meisten Anwendungsbereichen 24 V DC durchgesetzt hat. Zur Realisierung der Redundanz für die 24-V-Versorgung werden zwei Hilfsspannungsnetze parallelgeschaltet und mithilfe von Redundanzmodulen voneinander entkoppelt. Die einfachste Art der Entkopplung sind passive Diodenmodule. Dabei muss im gesamten Anlagenlebenszyklus darauf geachtet werden, dass Redundanz nur dann gegeben ist, wenn die Summe der Lastströme aller Lasten nicht größer ist als der maximale Strom eines einzelnen Netzteils. Denn nur so ist sichergestellt, dass bei Ausfall eines Pfades der jeweils andere die Versorgung vollständig übernehmen kann. Aktive Redundanzmodule – wie etwa vom Typ Quint Oring – übernehmen die Überwachungsfunktion des Summenstroms und schlagen Alarm, wenn die Stromentnahme zu hoch wird. Diese Funktion erleichtert Erweiterungen und identifiziert schleichende Fehler im Rahmen einer vorausschauenden Wartung (Predictive Maintenance). Zudem sorgen diese intelligenten Module durch die ACB-Technologie (Auto Current Balancing) für eine gleichmäßige Belastung der beiden Netzpfade. Die Geräte regeln und signalisieren aktiv die Stromaufteilung beider Versorgungspfade, was die Lebensdauer von Netzteilen und DC/DC-Wandlern maximiert. Driftet eine Stromversorgung ausgangsspannungsseitig zu stark ab, wird auch dieses Verhalten rechtzeitig gemeldet. Oft folgt nach dem Entkopplungsmodul ein Sicherungsverteiler. Der Versorgungsstrang ist ab hier jedoch nicht mehr redundant, auch wenn man Lasten mit redundanten Einspeiseklemmen über zwei unterschiedliche 34 VERFAHRENSTECHNIK 9/2019

MESSEN, REGELN, AUTOMATISIEREN 01 01 Redundanzkonzepte im Überblick: Entkopplung mit Diodenmodul (oben), Entkopplung mit Mosfet-Modul (Mitte) sowie Entkopplung mit zwei separaten Mosfet-Modulen (unten) 02 OVP-Schwellwerte sind gerade für die Prozessindustrie bedeutsam – Leitsystemhersteller haben hier unterschiedlichste Anforderungen 02 Sicherungen versorgt. Auftretende Fehler am Strang oder am Sicherungsverteiler können hier immer noch zum Ausfall der Anlage führen. Redundante Versorgung Das optimale Redundanzkonzept mit vollständigem Monitoring besteht durchgängig aus zwei räumlich getrennten Strompfaden. Diese setzen sich jeweils aus dem Versorgungsnetz, einem Netzteil oder einem DC/DC-Wandler sowie aus einem intelligenten Quint-4-S-Oring-Modul zusammen, das die Pfade voneinander entkoppelt. Dadurch wird ein Single Point of Failure vermieden. Auch hier sorgen Mosfet-Transistoren für eine geringe Verlustleistung, und eine redundante Verdrahtung bis zur Last erzeugt für ein System mit maximaler Prozesssicherheit. In Verbindung mit den passenden Stromversorgungen aus der Baureihe Quint 4 werden auch die einzelnen Hilfsspannungsnetze gleichmäßig belastet, und die intelligente Funktionsüberwachung erlaubt ein vollständiges Monitoring der Entkopplung an allen Punkten des Versorgungssystems. Noch mehr Sicherheit Prozessleitsysteme sind immer auf eine maximale Verfügbarkeit ausgelegt. Um die empfindliche Hardware gegen Überspannung zu schützen, begrenzen die Stromversorgungssysteme die Ausgangsspannung sicher auf ein schützendes Niveau. Die Over-Voltage-Protection-Schaltung (OVP) verhindert, dass bei einem internen Fehler der Stromver sorgung Spannungen oberhalb der OVP-Schwelle das Modul verlassen. Um hier einen vollständigen Schutz zu ermöglichen, fordern viele Leitsystemhersteller denn auch eine doppelte OVP. Die Quint-4-Stromversorgungen in Verbindung mit den Varianten S-Oring/Plus und S-Oring/VP aus der gleichen Baureihe sichern Prozessleitsysteme auf diese Weise Over Voltage Protection (OVP) schützt empfindliche Lasten vor Überspannungen. Durch die Zertifizierung der doppelten OVP des Gesamtsystems nach SIL3 ist auch ein Einsatz in sicherheitsrelevanten Anwendungen möglich. Alexander Haneke doppelt ab. Durch die Zertifizierung der doppelten OVP des Gesamtsystems nach SIL3 (Safety Integrated Level 3) ist auch ein Einsatz in sicherheitsrelevanten Anwendungen möglich. Verschiedene Anwendungsfälle und Prozessleitsysteme erfordern verschiedene OVP-Schwellen für eine hohe Prozesssicherheit. Fotos: Phoenix Contact www.phoenixcontact.com VERFAHRENSTECHNIK 9/2019 35