Primäre Aufgabe von Ex-i-Signaltrennern ist die sichere Begrenzung der in den Ex-Bereich geleiteten Energie auf einen Wert, der unterhalb der Mindestzündenergie der vorhandenen explosionsfähigen Atmosphäre liegt. Gemäß den konstruktiven Vorgaben der Norm EN 60079-11 für die Zündschutzart Eigensicherheit (Ex?i) stellen sie sicher, dass die die Eigensicherheit bestimmenden Parameter – beispielsweise die maximale Leerlaufspannung Uo, der maximale Kurzschlussstrom Io oder die maximale Leistung Po – auch unter Fehlerbedingungen eingehalten werden. Diese Parameter wurden bei den neuen Signaltrennern Macx Analog Ex weiter optimiert respektive verringert, damit die Geräte als zugehöriges elektrisches Betriebsmittel zu möglichst vielen eigensicheren Feldgeräten kompatibel sind. Neben den im Textkasten beschriebenen Eigenschaften gehören vor allem die Eignung für SIL-Kreise, die Funktionsvielfalt und die geringe Baubreite zu den Besonderheiten der Geräte.
Miro automatisiert Blending-Anlage mit neuen Ex-i-Interfaces
Im Rahmen der kontinuierlichen Anlagenoptimierung hat die Mineralölgesellschaft Oberrhein (Miro) eine neue Automatisierungslösung in ihrer Blending-Anlage eingeführt. Unter anderem wurde das Blend-Ratio-Control-Konzept (BRC) durch ein Experion-Blend-Controller-System (EBC) von Honeywell ersetzt. Dieser Umstieg bedingte den Austausch der im zentralen Schaltraum installierten I/O-Ebene des Leitsystems. Für das Pflichtenheft der ebenfalls zu erneuernden Ex-i-Interface-Ebene definierten die MSR-Planer folgende wesentlichen Eckpunkte:
- möglichst geringe Baubreite, um den Wartenraum ökonomisch ausnutzen zu können und genügend Reserven für Anlagenerweiterungen zu haben,
- reduzierte Typenvielfalt, damit Lager- und Dokumentationskosten minimiert werden,
- Verwendbarkeit auch in sicherheitsgerichteten Mess- und Regelkreisen.
Nach umfangreicher Prüfung verschiedener Ex-i-Lösungen fiel die Wahl auf Macx Ex, das die Anforderungen am besten umsetzt. Die 30 dezentralen Blender-Stationen am Miro-Standort Karlsruhe sind als Ex-Zone 1 und teilweise als Ex-Zone 0 eingestuft. Die Feldinstrumentierung, die sich aus verschiedenen Durchflussmessern sowie Hart-fähigen 4-20mA-Regel- und Trennventilen zusammensetzt, ist in Zündschutzart Eigensicherheit (Ex i) ausgeführt. Für den Blend-Prozess sind zudem Pumpen anzusteuern sowie Tankstandsanzeigen, Rückmeldekontakte und 4-20-mA-Signale von Zwei-Leiter-Transmittern aus der Analysestation auszuwerten. Die Feldinstrumentierung wurde im Anlagen-Upgrade beibehalten. Vieradrige, bis zu 600 Meter lange Multicore-Kabel, die im zentralen Schalthaus der Blending-Anlage zunächst auf Rangierwaben aufgelegt werden, binden die Signale Punkt zu Punkt an. Vom Schalthaus werden die Signale direkt auf die Ex-i-Trennebene rangiert, von rund 750 Analog-Ex-Signaltrennern der Macx-Familie aufbereitet und anschließend durch die C200- und C300-Controller verarbeitet.
Die Ex-i-Trenner sind zu Gruppen von 16 Geräten zusammengefasst und in offenen Rangiergestellen auf DIN-Tragschienen montiert. Dabei zeichnen sich die von Miro konstruierten Gestelle durch reduzierten Platzbedarf und hohe Wartungsfreundlichkeit aus. Darüber hinaus sparen die 12,5 mm schmalen Macx-Trenner im Vergleich zu den vorher genutzten Geräten bis zu 38 Prozent Platz auf der Tragschiene ein.
Überschaubare Typenzahl deckt Anforderungen ab
Um die Rezeptur-Vorgaben optimal umzusetzen, ist eine exakte Signalverarbeitung unerlässlich. Rolf Bechtold, Projektingenieur in der Abteilung Automatisierungstechnik der Miro, bestätigt die Signalqualität der Signaltrenner: „Die für die Auswertung der Zählerimpulse eingesetzten Trennschaltverstärker mit Transistorausgängen haben mich aufgrund ihrer sauberen Flanken überzeugt. Bislang sind keine Probleme bei der Verarbeitung mit den C200-Counter-Karten von Honeywell aufgetreten. Die Macx-Trenner lassen sich flexibel verwenden und decken mit einer überschaubaren Typenzahl alle Anforderungen ab. Das ist ein wichtiger Vorteil im Hinblick auf die Geräte-Standardisierung“.
Der Ex-i-Speisetrennverstärker Macx MCR-Ex-SL-RPSS-I verfügt beispielsweise über einen speisenden Ex-i-Eingang für Zwei-Draht-Transmitter zur Umsetzung der Signale aus dem Analysehaus sowie über einen nicht-speisenden Ex-i-Eingang für die 4-20-mA-Signale der Durchflussmessgeräte. Das Gerät leitet die 0/4-20-mA-Signale Hart-transparent an passive und aktive analoge C300-Eingangskarten weiter. Rolf Bechtold stellt fest: „Diese Flexibilität hat sich bei der Migration im laufenden Betrieb bewährt und eröffnet außerdem Vorteile bei der Verdrahtung. Hier profitieren wir ebenfalls davon, dass die Trennschaltverstärker zwei Relais- oder Transistorausgänge bieten. Aufgrund der Ex-Werte der Macx-Geräte konnte die gesamte Feldinstrumentierung erhalten werden. Dies wäre mit anderen am Markt erhältlichen Ex-Trenner-Serien nicht ohne Weiteres möglich gewesen.“
Fazit: Die Ex-i-Trenner haben sich nach knapp zwei Jahren im Betrieb in den Blender-Upgrades bewährt. Da die Geräte in sicherheitsgerichteten Anwendungen bis SIL 2 und teilweise bis SIL 3 verwendet werden können, lassen sie sich trotz überschaubarer Typenzahl in vielfältigen Projekten einplanen.
Ex-i-Trenner Bindeglied zwischen Sensoren und Steuerungsebene
Eigensichere (Ex-i) Interfaces fungieren als Bindeglieder zwischen der Steuerungsebene und den Sensoren und Aktoren, die in der Feldebene prozesstechnischer Anlagen mit explosionsgefährdeten Bereichen verbaut sind. Der Macx Analog Ex bietet gleichzeitig große Co-Werte, denn die maximal zulässigen äußeren Kapazitätswerte haben einen maßgeblichen Einfluss auf die anschließbaren Leitungslängen. Die Macx-Ex-Trenner entsprechen den gültigen Atex-Normen für alle Ex-Zonen und Gasgruppen.
Egal ob jeweils ein- oder zweikanalige Hart-transparente Messumformerspeise- und Ausgangstrennverstärker, Namur-Schaltverstärker, Signalverdoppler, Ventilsteuerbausteine oder Temperaturmessumformer: Die Baubreite von Macx Analog Ex beträgt nur 12,5 mm. Im Vergleich zu den bisher üblichen Baubreiten von 16 mm bis 22,5 mm bedeutet dies eine Platzersparnis von bis zu 45 Prozent auf der Tragschiene. Möglich wird die schmale Gehäuseform aufgrund einer minimierten Verlustleistung. Darüber hinaus zeichnen sich die Ex-i-Trenner durch eine präzise Signalübertragung mit einem Übertragungsfehler von typisch 0,05 Prozent aus und können Lasten von bis zu 800 Ohm treiben. Die geringen Koppelkapazitäten der Geräte führen zu sehr guten EMV-Eigenschaften gemäß EN 61326. Die sichere galvanische Trennung nach EN 61010 schützt das Leitsystem und verhindert Störeinflüsse wie Ausgleichsströme durch Erdschleifen. Die Ex-Interfaces sind für den Einsatz in sicherheitsgerichteten Kreisen gemäß EN 61508 entwickelt und erreichen SIL 2 und teilweise sogar SIL 3.
Die robusten Hutschienen-Gehäuse der Geräte verfügen über steckbare und kodierte Anschlussklemmen, wahlweise in Schraub- oder Zugfederanschlusstechnik. Das vereinfacht die Montage und Vorverdrahtung. Steckbuchsen für die Ankopplung beispielsweise von Hart-Handheld-Geräten sind bereits integriert. Die Hilfsenergieversorgung und Sammel-Fehlermeldungen lassen sich flexibel und schnell mit dem T-Connector-Konzept realisieren.
Ifat 2012 Halle A5 – 529/628
