Die Anforderungen an die Prozessleittechnik in chemischen und petrochemischen Anlagen steigen durch immer größere Signalmengen, die sicher und zuverlässig verarbeitet werden müssen. Hinsichtlich der Effizienz und Verfügbarkeit der Applikationen kommt der Interface-Ebene somit eine wichtige Rolle zu. Als Schnittstelle zwischen den Feldgeräten und dem Leitsystem übernimmt sie Funktionen wie die sichere galvanische Trennung sowie die Anpassung und Verstärkung der Prozesssignale. In vielen prozesstechnischen Anlagen gibt es darüber hinaus Bereiche, in denen explosionsfähige Atmosphären auftreten können. Die Mess- und Steuerkreise dieser Anwendungen sind dann in der Zündschutzart Eigensicherheit (Ex i) ausgelegt. In diesem Fall trennt die Interface-Ebene zudem zwischen eigensicheren (Ex i) Feldgeräten und nicht-eigensicheren Ein- und Ausgangskarten des Leitsystems. In Anlagen, die in der klassischen 4-20mA-Technik Punkt-zu-Punkt verdrahtet sind, werden die Leitungen der eigensicheren Feldgeräte - also der analogen (4-20 mA) und binären Aktoren und Sensoren - im Ex-Bereich über Verteilerkästen in vieladrigen Stammkabeln zusammengefasst. Rangierverteiler führen die Stammkabel anschließend im Wartenraum (Nicht-Ex-Bereich) in die Interface-Ebene und von dort zu den I/O-Baugruppen des Automatisierungssystems. In der Interface-Ebene kommen verschiedene Bauformen zum Einsatz. Interfaces wie Ex-i-Trennverstärker im Tragschienen-Gehäuse sind weit verbreitet und werden in unterschiedlichen Applikationen genutzt. Die überwiegend ein- oder zweikanaligen Geräte, die für vielfältige Funktionen erhältlich sind, ermöglichen die Umsetzung flexibler, modularer Installationen. Moderne Tragschienen-Geräte zeichnen sich unter anderem durch eine geringe Baubreite sowie steckbare Anschlusstechnik aus. Sie werden einzeln mit den jeweiligen I/O-Karten verdrahtet, was insbesondere bei großen Signalmengen einen hohen Installations- und Inbetriebnahme-Aufwand nach sich zieht. Ex-Interfaces in Motherboard- oder Backplane-Technik reduzieren den Aufwand. Auf der Trägerleitplatte (Motherboard) werden normalerweise acht oder 16 Ex-i-Trennmodule montiert, geschraubt oder gesteckt sowie elektrisch verbunden, wobei die Signale systemseitig auf hochpolige Steckverbinder geführt sind. Neben dem konventionellen Einzeladeranschluss erlauben moderne Prozessleitsysteme deshalb die Ankopplung der I/O-Signale über hochpolige Steckverbinder. Mittels vorkonfektionierter Systemkabel lassen sich die Signale so per Plug&Play in die Steuerungsebene integrieren. Einige Motherboard-Systeme verwenden DIN-Schienengeräte, die über aufmontierte DIN-Schienen oder spezielle Konstruktionen mit der Motherboard-Platine verbunden sind. In anderen Lösungen werden speziell entwickelte Trennmodule auf die Backplane aufgebracht. Die Anschlussklemmen für die Verdrahtung der eigensicheren Feldsignale sind hier häufig direkt auf der Motherboard-Platine angeordnet.
Mechanisch entkoppelte Leiterplatte
Das neue Termination-Carrier-Konzept von Phoenix Contact basiert auf einem eigens für diesen Anwendungszweck entwickelten und patentierten Aluminium-Profil mit eingebauter Tragschienen-Kontur zur Aufnahme verschiedener Standard-Interfaces. Im Gegensatz zu Motherboard-Konzepten ist die Termination-Leiterplatte mechanisch von den Interface-Modulen entkoppelt und geschützt in das Profil integriert. Tragschienen-Befestigungen mit Endhalter, die in die Seitenteile eingefügt sind, ermöglichen eine einfache und schnelle Montage des Termination Carriers auf allen gängigen DIN-Tragschienen. Die Systemanschlüsse befinden sich platzoptimiert auf der Steuerungsseite. Das Längenmaß auf der Schaltschrank-Tragschiene wird somit von der Gehäusebreite der DIN-Schienengeräte bestimmt. Die Ex-i-Trenner MACX Analog Ex gehören hier mit einer Baubreite von 12,5 Millimeter für sämtliche ein- und zweikanaligen Funktionen zu den schmalsten Geräten am Markt. Die für Ex-i-Trenner sehr kompakte Bauform wird durch eine neue, patentierte Schaltungstechnik mit geringer Verlustleistung erreicht. Im Vergleich zu den üblichen Abmessungen von 16 bis 22,5 Millimeter beansprucht MACX Analog Ex folglich bis zu 30 Prozent weniger Platz auf der Tragschiene. Bei den kompakten Nicht-Ex-i-Trennverstärkern der Produktfamilie Mini Analog, die 6,2 Millimeter breit sind, beträgt die Ersparnis sogar bis 60 Prozent. Das rasterfrei ablängbare Profilgehäuse des Termination Carriers erlaubt eine optimale Anpassung an die gewünschte I/O-Zahl sowie die Baubreite des eingesetzten Interface-Typs.
Hohe Packungsdichte im Schaltschrank
Mit nur 170 Millimeter Breite gestatten die Termination Carrier einen übersichtlichen und wartungsfreundlichen Aufbau in Standard-Schaltschränken, die eine Breite von 800 Millimeter und Abstände von weniger als 200 Millimeter zwischen den Kabelkanälen aufweisen. Auf einer Schaltschrank-Fläche von 700 x 1.200 Millimeter können so bei Einsatz von zweikanaligen MACX-MCR-Ex-Geräten bis zu 384 Ex-i-Signale integriert werden. Die Elektronik für die redundante, durch Dioden entkoppelte Einspeisung der Versorgungsspannung sowie die Fehlermeldungen ist in das aufrastbare Einspeisemodul eingebaut. Dieses wird über Tragschienen-Connectoren mit den Trennern verbunden. Auf der Termination-Leiterplatte befinden sich also keine aktiven Bauteile, deren Ausfall den Tausch des gesamten Modulträgers erfordern würde. Durch die mechanische Entkopplung der Leiterplatte von den Modulen kann es zudem nicht zu Leiterbahn-Brüchen kommen, weshalb das Termination-Carrier-Konzept schockfest bis 15 g gemäß IEC 60068-2-27 sowie vibrationsfest bis 2 g nach IEC 60068-2-6 ist.
Leichteres Engineering bei SIL-Anwendungen
Darüber hinaus stehen Varianten des Termination Carriers zur Verfügung, die in Kombination mit Hart-Multiplexern die Kommunikation zwischen Hart-fähigen 4-20mA-Feldgeräten und einem Asset-Management-System ermöglichen. Für die Wartungsfreundlichkeit ist ferner wichtig, dass sämtliche Klemmstellen der Geräte inklusive der integrierten Prüfbuchsen gut zugänglich sind. Außerdem lassen sich die Standard-Interfaces im laufenden Betrieb auswechseln. Ihre Ankopplung an die Termination-Platine erfolgt schnell und sicher durch steckbare und kodierte Sätze mit eindeutiger Zuordnung. Da Standard-Geräte für die Tragschiene adaptiert werden, benötigt der Anwender für die in fast allen Anlagen vorkommenden Einzel- sowie für Systemanwendungen lediglich einen Gerätetyp je Funktion. Daraus resultiert ein deutlich verringerter Engineering- und Dokumentationsaufwand, insbesondere wenn es sich um SIL-Applikationen handelt. Zudem sinken die Lagerkosten, denn die Varianz der vorzuhaltenden Geräte wird halbiert. Termination Carrier und vorkonfektionierte, geprüfte Systemkabel reduzieren auch den Montageaufwand sowie die oft mühsame Fehlersuche bei der Inbetriebnahme. Auf diese Weise vereinfacht sich beispielsweise der Factory Acceptance Test (FAT) kompletter Schaltschränke deutlich.Das umfangreiche Systemverkabelungs-Programm Varioface von Phoenix Contact stellt Lösungen für die I/O-Karten verschiedener Leitsysteme zur Verfügung. Dabei sind die steuerungsseitigen Steckverbinder optimal an das jeweilige Karten-Design angepasst. In Verbindung mit den neuen Termination Carriern ergibt sich eine durchgängige und wirtschaftliche Plug&Play-Lösung von der Signalaufbereitungs-Ebene bis zum Leitsystem. Ferner werden spezifische Lösungen für Leitsysteme unterschiedlicher Hersteller angeboten, sind in der Entwicklung oder können auf Anfrage umgesetzt werden.Halle 11.1 A 24
