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Verfahrenstechnik 9/2021

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Verfahrenstechnik 9/2021

MESSEN, REGELN,

MESSEN, REGELN, AUTOMATISIEREN Anpassungsfähig auf allen Ebenen I/O-Rangiersystem sorgt für Flexibilität in der Prozesstechnik Universal-I/O-Systeme erfüllen vielfältige Anforderungen. Die daraus resultierenden Vorteile verpuffen allerdings, wenn die notwendige Interface- und Rangierebene nicht ebenso flex ibel gestaltet werden kann. Mit dem System VIP I/O-Marshalling soll die hohe Flexibilität erhalten bleiben. Autor: Felix Schulte, Global Program Manager, Phoenix Contact Electronics GmbH, Bad Pyrmont Die in der Prozessautomatisierung erforderliche Signalrangierung – also das Sortieren und Zusammenfassen von Feldsignalen und deren Anbindung an das I/O-System – hat sich in ihrem Grundaufbau seit vielen Jahren nicht verändert. Die starren Systemstrukturen sowie der dadurch entstehende große Planungs-, Installations- und Inbetriebnahmeaufwand führen regelmäßig zu Projektverzögerungen und somit zu steigenden Gesamtkosten. Dies gilt sowohl für neue Anlagen als auch die Modernisierung oder Erweiterung vorhandener Applikationen. Seit einiger Zeit formulieren Anlagenbetreiber deshalb konkrete Anforderungen an Planer und Lieferanten. So müssen Systeme flexibel auf Änderungen reagieren 01 Das System VIP I/O-Marshalling setzt sich aus dem Basiselement, IOA-Funktionsmodulen und dem Systemverkabelungsanschluss zusammen können. Darüber hinaus sollen Design- Abhängigkeiten eliminiert werden. Schließlich ist es wichtig, dass die Systeme eine stärkere Fokussierung auf wesentliche Design-Entscheidungen ermöglichen. Doch wo genau liegen die Probleme? Wie haben Planer und Lieferanten bereits auf die drei genannten Rahmenbedingungen geantwortet? Und welche Vorteile bietet das flexible I/O-Rangiersystem VIP I/O- Marshalling von Phoenix Contact in diesem Kontext? Per Software adaptierbar Zur Umsetzung der obigen Betreiberwünsche haben die ersten Hersteller von Prozessleitsystemen vor einigen Jahren Uni- 40 VERFAHRENSTECHNIK 09/2021 www.verfahrenstechnik.de

MESSEN, REGELN, AUTOMATISIEREN Distribution boxes Marshalling level Interface level DCS and I/O level DCS DCS Multi-core cables (two cables per signal) Marshalling System cables Interface Level Marshalling Level 64 I/Os = 128 cables size control room Field Level Field Level 02 Der klassische Aufbau einer prozesstechnischen Anlage besteht aus Feldverteilerboxen sowie Rangier-, Interface- und Steuerungsschränken 03 Durch die Kombination von Rangier- und Interfaceebene ermöglicht VIP I/O-Marshalling eine hohe Flexibilität versal-I/O-Systeme vorgestellt. Wie ihre Bezeichnung bereits impliziert, lassen sich die neuen I/O-Systeme vielseitig einsetzen. Konkret können die einzelnen I/O-Kanäle per Software an die notwendige Funktion adaptiert werden. Bisher sind Lösungen bekannt, die jeweils Signalblöcke von zwei, vier, acht, 16 oder 32 Kanälen bilden. Im Gegensatz dazu eröffnen Universal-I/O-Karten die Option, jeden Kanal individuell anzupassen. An einer 32-kanaligen Karte können etwa die ersten drei Kanäle als Analogeingang, die folgenden fünf Kanäle als Digitalausgang, der nächste Kanal als Digitaleingang etc. konfiguriert werden. Diese Maßnahme stiftet insbesondere bei der Planung und Realisierung der Signalrangierung deutlichen Nutzen. Werden konventionelle I/O-Systeme verwendet, müssen die in beliebiger Reihenfolge vorliegenden Feldsignale so vorsortiert und in Blöcken zusammengefasst werden, dass sie zu den genutzten Karten passen. Außerdem lassen sich die erforderlichen Arten der I/O-Karten in einem klassischen Aufbau erst dann bestimmen, wenn feststeht, welche Signale in welcher Menge in der Anlage vorhanden sind. Universal- I/O-Systeme erlauben hingegen eine Planung lediglich auf Basis der Gesamtzahl der I/Os. Einzelne Funktionen spielen zunächst keine Rolle, weil sich die I/Os im späteren Projektverlauf per Software adaptieren lassen. Diese vermeintlich simple Maßnahme beseitigt damit ebenfalls die Notwendigkeit einer aufwändigen Signalrangierung, da jeder Signalkreis physisch identisch aufgebaut ist. Interfacetechnik betrachten Universal-I/O-Systeme erfüllen die oben aufgelisteten Forderungen der Anlagenbetreiber nur bedingt. Fakt ist, dass die universellen Lösungen eine nie dagewesene Flexibilität bieten und Designabhängigkeiten im Projektverlauf vermeiden. Beispielsweise muss keine detaillierte Aufschlüsselung der in jedem Anlagenteil benötigten Signalarten vorliegen, um die Elektrokonstruktion einschließlich der erforderlichen Hardware abzuschließen. Der letzten Forderung kommen Universal-I/O-Systeme ebenso nach, denn das Detail-Engineering kann in dieser Konstellation sehr spät erfolgen. Anfangs sind nur grundlegende Designentscheidungen notwendig, beispielsweise welche Systeme eingesetzt werden sollen oder wie die Konzepte für die funktionale Sicherheit und den elektrischen Explosionsschutz auszusehen haben. Einschränkungen ergeben sich allerdings bei der Berücksichtigung der benötigten Interfacetechnik. Sie wurde bisher gar nicht betrachtet, obwohl sie elementarer Bestandteil jeder Anlage ist. So sind zum Beispiel Relais zur Signalanpassung an die als digitaler Ausgang konfigurierten I/Os erforderlich, damit Aktorik mit einer Nennspannung von 230 V betrieben werden kann. Zudem verlangen Anlagenteile, in denen explosive Atmosphären existieren (können), häufig Interfacebausteine mit der Zündschutzart Eigensicherheit. Als anderes Beispiel seien Signaltrenner zur Separierung von Erdschleifen und zur Unterbindung von Signalverfälschungen genannt. Erneute Prüfungen unnötig Würde der Betreiber in diesem Kontext konventionelle Lösungen verwenden – etwa auf der Hutschiene montierte Interfacebausteine –, ginge der aus dem Universalansatz resultierende Nutzen nahezu verloren. Die Auswahl der Interfacekomponenten bedingt nämlich, dass die genaue Signalart frühzeitig bekannt sein muss. Darüber hinaus müsste erneut eine Signalrangierung stattfinden, um die Feldsignale auf die einzelnen Funktionsbausteine zu verdrahten, beispielsweise digitale Ausgangssignale auf Relais. Es sind somit Lösungen gefordert, die auf der Interface- und Rangierebene die gleiche Flexibilität bieten, wie es Universal- I/O-Systeme auf der I/O- Ebene tun. Mit dem System VIP I/O-Marshalling steht eine entsprechende Lösung zur Verfügung. Bei VIP I/O-Marshalling handelt es sich um ein Portfolio, das für den Einsatz an universellen I/O-Systemen konzipiert worden ist. Es besteht im Wesentlichen aus drei Bausteinen: Dazu gehört ein Basiselement, das auf der Standardhutschiene angebracht wird. Das Basiselement nimmt die Feldverdrahtung auf und sorgt über Steckverbinder für den Anschluss an das I/O-System. Das sogenannte Input- Output-Accessory (IOA) erfüllt die eigentliche Interfacefunktion. Als dritte Komponente verbindet ein Systemkabel hierzu das Basiselement mit dem universellen I/O-System. Das zum I/O-System passende Basiselement lässt sich schon früh im Projekt installieren, ohne dass die genauen Signalarten feststehen müssen. Die später definierte Funktion erfolgt einfach durch das Stecken des jeweiligen Funktionsmoduls (IOA), wobei nichts an der Verdrahtung zu ändern ist. Folglich entfallen erneute Verdrahtungsprüfungen ebenfalls. Das Portfolio von VIP I/O-Marshalling umfasst acht- und 16-kanalige Basiselemente für verschiedene I/O-Systeme. Eine große Bandbreite an Funktionsmodulen – zum Beispiel Durchgangsklemmen, Sicherungsmodule, auch für Ex-Bereiche nutzbare Analogtrenner, Relaismodule oder Sicherheitsrelais – bieten für fast jede Anforderung das passende Interface. Fotos: Phoenix Contact, nostal6ie@shutterstock.com www.phoenixcontact.de www.verfahrenstechnik.de VERFAHRENSTECHNIK 09/2021 41

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