| von Dipl.-Ing. Karsten Uhlendorff, Produktmanager im Global Industry Management Process, Phoenix Contac

Zu Beginn eines Migrationsprojekts gibt es viele offene Fragen, die möglichst frühzeitig zu klären sind. Im Rahmen der Hardware-Migration gehört dazu die Auswahl passender Feldgeräte und der entsprechenden Verdrahtung, von Überspannungsschutz, DCS-I/O-Baugruppen, der Trennebene sowie einem der IEC 61511 entsprechenden Safety-System. Ferner ist zu überlegen, ob neue Techniken wie Feldbussysteme oder funkbasierte Übertragungsverfahren eingesetzt werden. Und schließlich muss eine detaillierte Budget- und Zeitplanung aufgestellt werden.

Individuelles Migrations-Konzept

Die I/O-Baugruppen der neuen Prozessleitsysteme sind so unterschiedlich aufgebaut, dass eine einfache Überführung der bestehenden auf die neue Lösung nicht möglich ist. In vielen Installationen werden darüber hinaus verschiedene Konzepte zur Verlegung der Kabel und zur Signalrangierung verwendet. Sind auch noch unterschiedliche analoge/digitale Feld-, Bus- und Leistungssignale zu berücksichtigen, lässt sich keine einheitliche Strategie für den Anschluss an das neue I/O-System realisieren.

Vor diesem Hintergrund ist es wichtig, dass bei jeder Migration frühzeitig ein individuelles Konzept entwickelt wird, um die Feldgeräte in das neue I/O-System zu integrieren. Die Mitarbeiter aus der MSR-Technik und Wartung, die die Anlage genau kennen, sollten gemeinsam mit externen Fachberatern einen Plan für den Umbau erarbeiten, denn die Erfahrung zeigt, dass genau hier ein Schwachpunkt liegt. In vielen Projekten werden erst während der Ausschreibung oder nach der Vergabe des Auftrags an den neuen Prozessleittechnik-Lieferanten Lösungen für die Umstellung der Feldsignale auf das neue I/O-System gesucht. Das führt oftmals dazu, dass neue Standards wie der ganzheitliche Überspannungsschutz des Prozessleitsystems vom Feldgerät bis zur Leitwarte vergessen werden, was unter Umständen zusätzliche Kosten oder einen zeitlichen Verzug des Projekts nach sich zieht.

Berücksichtigung neuer Normen

Wenn ein größerer Umbau der Anlage ansteht, sind die normativen und gesetzlichen Änderungen zu beachten:

  • Sicherheits-Integritäts-Level gemäß IEC 61511 respektive VDI/VDE2180.

Von einer Modernisierung der Prozessleittechnik ist auch ihre Schutzeinrichtung, also die sichere Steuerung, betroffen. Jeder Sicherheits-Loop muss deshalb neu bestimmt und berechnet werden.

  • Überspannungsschutz

In vielen älteren Installationen wurde auf einen Überspannungsschutz für MSR-Signale verzichtet. Die Anlagen verfügen lediglich über einen äußeren Blitzschutz und zum Teil über einen Überspannungsschutz für die Netzspannungen. Ausfälle wie defekte I/O-Karten, Signaltrenner, Feldgeräte oder Netzteile resultieren jedoch häufig aus einer Überspannung, die den Halbleiter in den Geräten vorschädigt und ihre Lebensdauer reduziert.

Mit der Neufassung der EN 60079–14 respektive EN 62305–3 wird eine Nachrüstung des inneren Blitzschutzes gefordert, die sich immer dann rechnet, wenn die modernisierte Anlage weitere 20 Jahre betrieben werden soll.

Modernisierung und Prüfung vorhandener Feldgeräte und -kabel

Bei vielen Modernisierungsmaßnahmen werden die vorhandenen Feldgeräte weiterhin genutzt, denn ein kompletter Tausch ist zu teuer und zu zeitaufwendig. Sind die Multicore-Kabel und Feldverteiler mehr als 30 Jahre im Einsatz, sollte allerdings eine Auswechslung geprüft werden. Aufgrund der Umwelteinflüsse werden die Kunststoffteile und Dichtungen der Feldverteiler-Gehäuse häufig spröde. Die zur Anschlusstechnik gehörenden Stahlklemmen haben nicht selten erhöhte Übergangswiderstände und lassen sich nicht mehr lösen, weil sie verrostet sind. Diese Alterungserscheinungen treten nicht auf, wenn die Klemmen aus Buntmetallen bestehen. Der Mantel der freiliegenden Feldkabel wird über die Jahre ebenfalls spröde und rissig. Da die Leitungen so Feuchtigkeit aufnehmen können, ändert sich die Übertragungsqualität.

Sind die Feldverteiler und –kabel auszutauschen, sollten die neuen Komponenten vor dem eigentlichen Umschluss installiert und kontrolliert werden. Zu bedenken ist auch, dass die Lieferzeit der Multicore-Kabel mehr als 16 Wochen betragen kann. Bei ihrer Verlegung muss auf die Einhaltung technischer Daten wie dem Biegeradius und der Verarbeitungstemperatur geachtet werden, um Brüche des Kunststoffmantels zu verhindern.

Funkbasierte Messdatenübertragung

In den letzten zehn Jahren werden immer mehr Messdaten per Funk erfasst. Als gängige Übertragungsverfahren stehen im industriellen Umfeld bewährte Protokolle wie Wlan, GPRS, Trusted Wireless, Bluetooth oder Wireless Hart zur Verfügung. Insbesondere wenn längere Strecken zu überbrücken sind, lassen sich die Installationskosten mit der drahtlosen Kommunikation im Vergleich zur kabelgebundenen Variante minimieren. Trotzdem beschränkt sich der Einsatz der Funktechnologien derzeit auf Anwendungen, in denen eine permanente Datenübertragung nicht unbedingt notwendig oder die Sicherheit nicht gefährdet ist, wenn die Verbindung unterbrochen wird. Als Beispiel sei die drahtlose Erfassung von Verbrauchsmessdaten genannt. Dezentrale Remote-Anlagen wie Pipelines oder Tankfarmen werden ebenfalls über GPRS oder Datenfunk in die Prozessleittechnik eingebunden.

Zusätzliche Rangierebene

Mit der Verlegung neuer Multicore-Feldkabel wird eine Rangierebene zwischen der Leitung und dem I/O-System erforderlich. Der Anwender kann hier unter verschiedenen Anschlusstechniken und einem mechanischen Aufbau auswählen. Neben den klassischen Schraub- und Zugfederklemmen bieten sich Direktanschlussklemmen wie die QTC-Produktfamilie an. Bei diesen Klemmen wird der Leiter ohne Abisolierung direkt in die Klemme eingelegt und diese mit einem kurzen Handgriff sicher mit dem Schraubendreher geschlossen. So lässt sich bis zu 20 Prozent Zeit gegenüber anderen Anschlusstechniken einsparen. Zudem reduziert sich der Platzbedarf.

Steckbarer Überspannungsschutz

Zwischen der Rangierung und der Signaltrennung wird heute eine Überspannungsschutzebene montiert, um die Signaltrennung vor Ausfällen zu schützen und damit die Anlagenverfügbarkeit zu erhöhen. Als Überspannungsschutz sind verschiedene mechanische Systeme erhältlich. Der Ableiter Plugtrab besteht aus einer passiven Grundklemme und einer steckbaren Schutzschaltung, die im Rahmen einer turnusmäßigen Überprüfung einfach aus der Grundklemme gezogen, getestet und protokolliert werden kann, ohne dass die Verbindung zwischen Feldgerät und I/O-Karte unterbrochen wird. Die Geräte der Plugtrab-Produktfamilie sind für alle Arten von Messdaten, Spannungsversorgung und Feldbussysteme verfügbar.

Effiziente Signaltrennung

Mit dem Austausch der Prozessleittechnik muss eine neue Signaltrennung zwischen den Feldgeräten und I/O-Baugruppen installiert werden, denn die bisher verwendeten Komponenten sind veraltet, verbrauchen viel Energie und benötigen erheblichen Platz im Schaltschrank. Moderne Signaltrenner wie die eigensicheren Ex-i-Geräte der Produktfamilie Macx sind nur 12,5mm breit und zeichnen sich durch eine geringe Energieaufnahme aus, was die Betriebssicherheit weiter erhöht. Die Hart-transparenten Komponenten entsprechen den Sicherheitskategorien SIL 2 und SIL 3 der IEC 61508. Handelt es sich nicht um Ex-i-Signale, bieten sich die einkanaligen,6mm schmalen Signaltrenner der Produktfamilie Mini-MCR für Analogsignale oder die PLC-Relais für Digitalsignale an. Die Signaltrenner lassen sich einfach mit der passenden Systemverkablung über vorkonfektionierte Kabel an die I/O-Karten anschließen. Phoenix Contact stellt die Systemverkabelung für die gängigen Systeme von ABB, Emerson, Honeywell, Siemens und Yokogawa zur Verfügung.

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