VIP I/O-Marshalling bietet sich als flexibles I/O-Rangiersystem für die Prozessindustrie an

VIP I/O-Marshalling bietet sich als flexibles I/O-Rangiersystem für die Prozessindustrie an

| von Felix Schulte, M.Sc., Global Program Manager, Phoenix Contact Electronics GmbH, Bad Pyrmont

Die im Rahmen 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, der dadurch entstehende große Planungs- sowie erhebliche Installations- und Inbetriebnahmeaufwand führen regelmäßig zu Projektverzögerungen und somit zu steigenden Gesamtkosten. Dies gilt sowohl für neue Anlagen (Greenfield-Projekte) als auch die Modernisierung oder Erweiterung vorhandener Applikationen (Brownfield-Projekte).

Der klassische Aufbau einer prozesstechnischen Anlage besteht aus Feldverteilerboxen sowie Rangier-, Interface- und Steuerungsschränken
Der klassische Aufbau einer prozesstechnischen Anlage besteht aus Feldverteilerboxen sowie Rangier-, Interface- und Steuerungsschränken

Seit einiger Zeit formulieren Anlagenbetreiber deshalb konkrete Anforderungen an Planer und Lieferanten. So müssen Systeme über die Fähigkeit verfügen, flexibel auf Änderungen reagieren zu können. Darüber hinaus sollen Designabhängigkeiten eliminiert werden. Schließlich ist es wichtig, dass die Systeme eine stärkere Fokussierung auf wesentliche Designentscheidungen ermöglichen. Doch wo genau bestehen 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? Antworten auf diese Fragen sollen nachfolgend gegeben werden. 

Universal-I/O-Systeme erlauben individuelle Signalanpassung 

Zur Umsetzung der obigen Betreiberwünsche haben die ersten Hersteller von Prozessleitsystemen schon vor einigen Jahren Universal-I/O-Systeme vorgestellt. Inzwischen hat sich das Konzept unter verschiedenen Markennamen am Markt etabliert. Was ist nun der Unterschied zu klassischen I/O-Systemen und wo liegen die Vorteile der universellen Lösungen? Wie ihre Bezeichnung bereits impliziert, lassen sich die neuen I/O-Systeme vielseitig einsetzen. Konkret bedeutet dies, dass die einzelnen I/O-Kanäle per Software an die notwendige Funktion adaptiert werden können. Bisher sind hier Lösungen bekannt, die jeweils Signalblöcke von zwei, vier, acht, 16 oder 32 Kanälen bilden, zum Beispiel 16-kanalige Eingangskarten für Analogsignale oder 32-kanalige Ausgangskarten für Digitalsignale. 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 et cetera konfiguriert werden.   

Auf den ersten Blick erscheint dies als kleine Maßnahme, die jedoch insbesondere bei der Planung und Realisierung der Signalrangierung deutlichen Nutzen stiftet. Werden konventionelle I/O-Systeme verwendet, müssen die in beliebiger Reihenfolge vorliegenden Feldsignale der Sensorik und Aktorik 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 solchen 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 aufwendigen Signalrangierung, da jeder Signalkreis physisch identisch aufgebaut ist. 

Interfacetechnik wird nicht berücksichtigt 

Erfüllen Universal-I/O-Systeme jetzt also die oben aufgelisteten Forderungen der Anlagenbetreiber? Die Antwort lautet: Jein! Fakt ist, dass die universellen Lösungen eine nie dagewesene Flexibilität bieten, weil sich Kanäle beliebig umkonfigurieren lassen. Ferner beseitigen sie auch Designabhängigkeiten im Projektverlauf. 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.   

Warum entsprechen Universal-I/O-Systeme aber trotzdem nicht vollständig den Betreiberansprüchen? Einschränkungen ergeben sich 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 oder entstehen können, häufig Interfacebausteine mit der Zündschutzart Eigensicherheit. Als andere Beispiele seien Signaltrenner zur Separierung von Erdschleifen und Unterbindung von Signalverfälschungen sowie zahlreiche weitere Funktionen genannt. 

Interfacefunktionen lassen sich später definieren 

Was bedeutet es nun für Universal-I/O-Systeme und deren Vorteile, wenn die notwendige Interfacetechnik ebenfalls bedacht wird? Würde der Betreiber konventionelle Lösungen verwenden – etwa auf der Hutschiene montierte Interfacebausteine -, ginge der aus dem Universalansatz resultierende Nutzen nahezu komplett verloren. Der Grund liegt auf der Hand: Die Auswahl der Interfacekomponenten bedingt, 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 stellt Phoenix Contact hier 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.

Das System VIP I/O-Marshalling setzt sich aus dem Basiselement, IOA-Funktionsmodulen und dem Systemverkabelungsanschluss zusammen
Das System VIP I/O-Marshalling setzt sich aus dem Basiselement, IOA-Funktionsmodulen und dem Systemverkabelungsanschluss zusammen

Dazu gehört als erstes ein Basiselement, welches auf der Standardhutschiene angebracht wird. Das Basiselement nimmt die Feldverdrahtung auf und sorgt über Steckverbinder für den Anschluss an das I/O-System. Den zweiten Baustein bildet das sogenannte Input-Output-Accessory (IOA), das die eigentliche Interfacefunktion erfüllt. Als dritte Komponente kommt ein Systemkabel hinzu, welches das Basiselement mit dem universellen I/O-System verbindet. Durch diesen Aufbau können die Anforderungen der Endanwender auch auf der Interface- und Rangierebene realisiert werden.

Durch die Kombination von Rangier- und Interfaceebene ermöglicht VIP I/O-Marshalling eine hohe Flexibilität
Durch die Kombination von Rangier- und Interfaceebene ermöglicht VIP I/O-Marshalling eine hohe Flexibilität

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. 

Fazit 

Das Portfolio von VIP I/O-Marshalling umfasst sowohl acht- ebenso wie 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.

Dezentrale Schaltkastenlösungen aus einer Hand

Die Intelligenz verlagert sich näher an den Prozess im Feld; Universal Remote Cabinets stellen hierfür eine kompakte und standardisierte Lösung dar

Der starre Aufbau der Rangier-, Interface- und I/O-Ebene im zentralen Kontrollraum wird durch den Universal-I/O-Ansatz aufgebrochen. Die Intelligenz verlagert sich jetzt näher an den Prozess im Feld. Hierfür haben sich Universal Remote Cabinets als kompaktes und standardisiertes Konzept durchgesetzt. 

Unter dem Motto „Wir verbinden das Feld mit Ihrem Leitsystem“ stellt Phoenix Contact ein umfangreiches Programm an Produkten und Lösungen rund um die Automatisierung in der Prozess- und Verfahrenstechnik zur Verfügung. Insbesondere für dezentrale Schaltkästen mit universellen I/O-Systemen sind neben dem flexiblen I/O-Rangiersystem verschiedene weitere Produkte und Services erhältlich. Dazu gehören unter anderem Netzteile, die den spezifischen Umgebungsanforderungen entsprechen, Überspannungsschutz, Reihenklemmen oder Industrial-Ethernet-Komponenten. Aufgrund der maßgeschneiderten Lösungen auf Basis des zukunftsweisenden Produktspektrums hat sich Phoenix Contact als weltweit verlässlicher Partner der Prozessindustrie etabliert.

Mehr Informationen:

www.phoenixcontact.de

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