Kommt es im Signalweg zwischen Feld- und Leitebene zu Störungen, werden Änderungen in Prozessabläufen aufgrund verfälschter Messwerte zu früh, zu spät oder gar nicht initiiert. Was sind die Ursachen solcher Fehler? Prozessanlagen haben meist eine große Ausdehnung und damit lange Signalwege. Dadurch sind sie besonders störanfällig gegen Einkopplungen aus drahtlosen Übertragungseinheiten. Zudem befinden sich häufig leistungsstarke Komponenten in der Nähe der Signalleitungen, was zu Potenzialverschiebungen und damit zu Ausgleichströmen in den entstehenden Erdschleifen führen kann. Störungen können aber auch direkt in den Signalpfad eingespeist werden, beispielsweise wenn bei netzgespeisten Geräten wie Pumpen, Motoren oder Lüftern ein Isolationsfehler auftritt. In diesem Fall gelangen hohe Spannungen in den Messkreis und führen zu einer Überspannung. Die genannten Störungen sind weder ohne weiteres erkennbar, noch werden sie direkt als Fehlfunktion angezeigt, können aber gravierende Folgen haben.
Eine effiziente Lösung, um die genannten Störungen zu verhindern, ist der Einsatz von Signaltrennern. Ihre zentrale Funktion ist die galvanische Trennung und damit die Entkopplung von Feld- und Steuerungsseite. Das schützt den Messkreis wirksam vor Störungen, die eventuell die Signalqualität zwischen Feld und Leitsystem beeinträchtigen. Hinzu kommt die Konvertierung der Messsignale von Sensoren in Normsignale, häufig 0/4 bis 20 mA – eine wichtige Zusatzfunktion für die weitere Signalverarbeitung in der Leitebene. Signaltrenner bieten zudem einen Kurzschlussschutz für jeden einzelnen Signalkreis. Tritt beispielsweise ein Leitungsfehler auf, schaltet der Signaltrenner die jeweiligen Ausgänge auf der Steuerseite in den sicheren Zustand. Andere Kanäle werden durch den Ausfall nicht beeinflusst.
Voraussetzungen für hohe Verfügbarkeit
Bei dem Design des neuen SC-Systems von Pepperl+Fuchs sind alle Erfahrungen aus den strengen Anforderungsprofilen der Produktentwicklung bei Pepperl+Fuchs für den explosionsgefährdeten Bereich eingeflossen. Vorteile für den operativen Betrieb sind eine höhere Verfügbarkeit der Anlage, größere Temperaturunempfindlichkeit sowie bessere Qualität der Signalübertragung. Zudem ist im Störfall ein maximaler Schutz von Personen und Anlagen gewährleistet. Für die Schaltschrankplanung bedeutet das intelligente Design des SC-Systems eine effektive Nutzung des verfügbaren Raums sowie einen geringeren Aufwand für die Kühlung.
Die Verfügbarkeit einer Prozessanlage wird maßgeblich durch die Wahrscheinlichkeit von auftretenden Störungen beeinflusst – und dadurch, in welchem Maß der Signaltrenner solche Ereignisse abfangen kann. Daher wird im SC-System eine hochwertige Drei-Wege-Trennung zwischen Eingang, Ausgang und Versorgung verwendet, die einer Arbeitsspannung bis 300 V und einer Prüfspannung bis zu 2,5 kV standhält.
Durch das Low-Power-Design, das für geringe Leistungsaufnahme und Eigenerwärmung sorgt, können die Produkte in Umgebungen bis zu 70 °C eingesetzt werden. So wurde beispielsweise auf Elektrolytkondensatoren verzichtet, die unter Wärmeeinfluss austrocknen können. Im SC-System werden alternative Schaltungskonzepte angewandt und damit temperaturabhängige Kapazitätsverluste sowie bauteilbedingte Alterungserscheinungen vermieden. Eine effektive Nutzung des Schaltschrankraums wird durch eine kompakte Bauform des SC-Systems erreicht: Die nur sechs mm breiten Gehäuse reduzieren den Platzbedarf der Signaltrenner-Module auf ein Minimum. Die Gehäusehöhe ist mit 97 mm so gering, dass die Module auch zwischen eng sitzende Kabelkanäle passen.
Das SC-System und sein Portfolio
Die ein- und zweikanaligen Signaltrenner für den Nicht-Ex-Bereich stehen in mehreren Ausführungen mit unterschiedlichen Funktionen zur Verfügung. Transmitterspeisegeräte versorgen je nach Ausführung einen Zwei-Draht- oder Drei-Draht-Transmitter und erlauben aktive Stromquellen (0/4 … 20 mA) am Eingang. Die Betriebsart des Ausgangs auf der Steuerungsseite ist über einen DIP-Schalter wahlweise als Strom- oder Spannungsquelle, einstellbar. Eine weitere Variante für Zwei-Draht-Smart-Transmitter überträgt neben dem analogen Signal zusätzlich mehrere Hart-Variablen.
Signale von Feldgeräten werden nicht nur zur Steuerung von Prozessen, sondern häufig auch in Notabschalt- und Datenerfassungssystemen benötigt. Transmitterspeisegeräte mit Splittingfunktion übertragen daher das gemessene Signal auf parallele, galvanisch getrennte Ausgänge auf der Steuerungsseite. Das sichert beispielsweise bei Störung eines Signalkreises die zuverlässige Weiterleitung einer Information an andere Systeme und umgeht die Nachteile einer seriellen Verdrahtung, bei der parallele Systeme im Fehlerfall keine oder nur fehlerhafte Informationen erhalten. Temperatur-Messumformer kommen speziell zur Konvertierung analoger Signale von Potentiometern, Thermoelementen, Widerstandstemperaturfühlern oder Spannungsquellen zum Einsatz.
Bei allen Versionen ist die Betriebsart am Ausgang zur Steuerungsseite über einen DIP-Schalter, wahlweise als aktive Stromquelle oder Spannungsquelle, einstellbar. Zum Portfolio gehören auch schleifengespeiste Passivtrenner sowie universelle Trennverstärker für bipolare Signale.
Alle Module des SC-Systems von Pepperl+Fuchs gewährleisten die Funktion eines Messkanals auch dann, wenn Stromsenken und -quellen auf der Feldseite mit aktiven Quellen auf der Steuerseite kombiniert werden. Zur Parametrierung der Signaltrenner steht ein Adapter zur Verfügung. Dieser wird über eine USB-Schnittstelle des PCs angeschlossen und ermöglicht gemeinsam mit einer Software eine schnelle und komfortable Einstellung am Computer.
