Je nachdem, wo ein Remote-I/O-System installiert wird, muss es bestimmte Anforderungen erfüllen, um sicher betrieben werden zu können. Die ATEX-Richtlinien der Europäischen Union definieren hierzu drei verschiedene explosionsgefährdete Zonen, jeweils für Gase und für Stäube: Höchste Anforderungen an den Explosionsschutz der Geräte stellt Zone 0 (Gas) beziehungsweise 20 (Staub), in der ständig oder häufig eine explosive Atmosphäre herrscht; in Zone 1 beziehungsweise 21 kann eine solche Atmosphäre gelegentlich vorkommen; besteht die Explosionsgefahr nur selten oder kurzzeitig, handelt es sich um Zone 2 respektive 22.

In Zone 1 zu betreibende Geräte müssen so konstruiert sein, dass sie selbst bei selten auftretenden Gerätestörungen das erforderliche Maß an Sicherheit gewährleisten und daher Explosionsschutzmaßnahmen aufweisen – was sich bei Netzteilen beispielsweise durch kompletten Verguss erreichen lässt. In geringer gefährdeten Bereichen wie den Zonen 2 und 22 sind solch ausgeprägte Sicherungsmaßnahmen nicht erforderlich beziehungsweise überdimensioniert, so dass letztlich einfacher gebaute Netzteile erlaubt sind.

Um hier System-Durchgängigkeit zu erreichen und sowohl die Anlagenprojektierung als auch den Anlagenbetrieb zu erleichtern, hat Turck die für Ein­sätze in Zone 1 konzipierte Remote-I/O-Lösung „excom“ um diverse Komponenten erweitert – speziell für Installationsorte der Zone 2 und 22. So ergänzen ein kompakter Modulträger und neue Netzteile für den Einsatz in Zone 2 das System zu einer Familie. Es übermittelt Prozess- und Diagnosedaten der Peripherie und kommuniziert im Bedarfsfall mit der HART-Feldinstrumentierung. So stehen dem Leitsystem zusätzliche Informationen über Prozesswerte, Diagnose und Asset Management direkt in digitaler Form zur Verfügung. Für den Anwender hat dies den Vorteil, dass er völlig frei ist in der Wahl des Installationsortes – excom lässt sich in Zone 1 ebenso installieren wie in Zone 2 oder im Nicht-Ex-Bereich. So sieht sich der Anwender einem einheitlichen Konzept zur Konfiguration und Parametrierung der Peripherie sowie der Feldinstrumentierung gegenüber.

Seit 12 Jahren ist das Remote-I/O-System excom bereits in Ex-Zone 1 im Einsatz.

© Hans Turck

Funktionalitäten und Handling sind für alle Installationsarten gleich. Einheitlich gestaltet sind auch die Struktur und die Bedienphilosophie – sowohl bei der Konfiguration per GSD-Datei oder DTM als auch beim Asset Management. Das Remote-I/O-System lässt sich grundsätzlich im laufenden Betrieb warten und ändern – sowohl was das Hinzufügen einzelner Messstellen als auch das Erweitern des Systems um zusätzliche Module anbelangt. Selbst die bisher bekannten Redundanzmöglichkeiten werden durchgängig unterstützt.

Eine einheitliche Ex-i-Peripherie unterstützt die Signalverarbeitung und Feldgeräte-Ansteuerung aus den Zonen 0, 1 und 2. Wird diese Peripherie in Zone 1 und 2 installiert, um Signale möglichst nah am Ort der Instrumentierung zu erfassen, steht jeweils ein speziell optimiertes Netzteil zur Verfügung, das die eigensichere Versorgungsspannung generiert. Das Interface zum Feldbus (Profibus-DP) ist ebenfalls eigensicher ausgeführt. Dank dieser Konfiguration lässt sich das gesamte System beim Einsatz im Ex-Bereich vollständig während des Betriebes warten. Wird ein Zone-2-Baugruppenträger im sicheren Bereich eingesetzt, kann auf einen separaten Segmentkoppler zur Umsetzung der eigensicheren Bus-Physik RS 485-IS verzichtet werden. In diesem Fall führt ein spezielles Gateway die notwendigen Absicherungen der Ex-i-Peripherie zum Bus aus.

Für den Einsatz im Nicht-Ex-Bereich sind die Module funktional identisch nach dem gleichen Steckkartenprinzip aufgebaut. Ein neuer Modulträger bietet hier die Möglichkeit, bis zu 24 I/O-Module zu betreiben, was die Basis-Installationskosten weiter senkt. Durch ein spezielles Modulnetzteil für diesen Einsatzbereich ist das gesamte System zudem deutlich kompakter.

Unabhängige Inbetriebnahme per DTM

Durch die Systemerweiterungen hat der Anwender nun Wahlfreihet hinsichtlich des Einsatzortes.

© Hans Turck

Bislang müssen Remote-I/O-Systeme mit der Leittechnik gekoppelt sein, um die angeschlossene Feldinstrumentierung testen und einrichten zu können. Da dazu immer beide Systeme gleichzeitig verfügbar sein müssen, kommt es häufig zu Wartezeiten, wenn dies – vor allem bei größeren Neuinstallationen – nicht gegeben ist. Mit dem neuen excom-DTM und den erweiterten Kommunikationsmechanismen im Gateway bieten die Remote-I/O-Stationen nun Abhilfe: Anwender können die Peripherie und die Feldinstrumentierung auch ohne übergeordneten Master Class 1 des Leitsystems über das Profibus-Netzwerk in Betrieb nehmen – ohne Installation eines zusätzlichen Servicebusses. Vorhanden müssen lediglich der Ethernet-Profibus-Koppler PB-xEPI oder ein alternativer Pro­fibus-Zugangspunkt sein. Das PB-xEPI arbeitet dabei als Class-2-Master und kommuniziert azyklisch mit den einzelnen Stationen des Remote-I/O-Systems. Falls parallel bereits ein Master Class 1 zyklische Kommunikation mit anderen Profibus-Teilnehmern betreibt, kann diese ungestört und ohne Einschränkungen weiterlaufen. Ein zusätzliches Engineering des PB-xEPI im Leitsystem ist nicht notwendig. Somit lassen sich jederzeit beliebige Anlagenteile in Betrieb nehmen.

Mit Hilfe eines FDT-Frames wie Pactware lassen sich die am Profibus vorhandenen Systeme scannen und in den Projektbaum der Rahmenapplikation übertragen. Anschließend stehen dem Inbetriebnehmer alle Peripheriemodule und HART-Feldgeräte online zur Verfügung. So kann er zum einen die gesamte Feldverkabelung überprüfen, zum anderen aber auch die HART-Feldgeräte mit ihrem zugehörigen DTM diagnostizieren und konfigurieren.

Die Geräte-Familie stellt dem Anwender zudem erweiterte Funktionen zur Konfigurationsänderung im laufenden Betrieb zur Verfügung: Hierbei unterstützen Gateway und DTM die Möglichkeit, im laufenden Betrieb neue Messstellen oder hinzugefügte Module vor der Übergabe an das DCS in Betrieb zu nehmen und zu testen. Ohne die Änderung im Leitsystem-Engineering schon berücksichtigt zu haben, lassen sich auf diesem Weg gezielt nur solche Anlagenerweiterungen ins Leitsystem einbinden, die bereits validiert sind.

Der DTM erlaubt es, kanalweise einen bislang deaktivierten Kanal der I/O-Module temporär zu aktivieren, ohne dass dem Bediener der Leittechnik überflüssige Diagnosen gemeldet werden. Das an diesem Kanal hinzugefügte Feldgerät lässt sich auf richtige Verdrahtung und Funktion hin überprüfen und in Betrieb nehmen. Nach der erfolgreichen Inbetriebnahme kann die so hinzugefügte Feldinstrumentierung einfach in den Prozess eingebunden werden. Dieses Szenario ist nicht beschränkt auf eine Messstelle – auch komplett neue I/O-Module lassen sich im laufenden Betrieb in den Prozess einbinden.

Last but not least unterstützt excom zudem das Firmware-Update vor Ort, da die Innovationszyklen des Systems in aller Regel von Erweiterungen in der Funktionalität des Gateways geprägt sind. Das Update erfolgt mit Hilfe des excom-DTM und der existenten Netzwerk-Infrastruktur, die zur DTM-basierten Bedienung des Remote-I/O-Systems nötig ist. So lassen sich neue Funktionen von zentraler Stelle aus stoßfrei und ohne Stillstandzeiten in das System einspielen.

Autor: Peter Praske ist Produktmanager Feldbustechnik Prozessautomation bei Hans Turck.