Von Jörg Tauert

Weltweit sorgen Interface-Geräte für die galvanische Trennung zwischen Leitsystem und Feldebene oder stellen bei explosionsgeschützten Anlagen eigensichere Signale zur Verfügung. Bislang ausschließlich für eine Montage in Schaltschränken konzipiert, passen diese Interface-Komponenten nur bedingt zu dezentralen Steuerungsarchitekturen.

Das realisierte Konzept einer schaltschranklosen Interface-Technik in IP67 für den Betrieb im Ex-Bereich gibt einen größeren Bewegungsspielraum bei der Planung und Realisierung der prozessnahen Komponenten: Zusätzliche Schaltkästen oder gar Schaltschränke für die Signaltrennung werden in vielen Applikationen überflüssig. So können Ex- und Standard-Installationen hinsichtlich der I/O-Ebene weitestgehend identisch projektiert und aufgebaut werden.

Natürlich müssen vor Ort installierte Interface-Geräte als zugehörige Betriebsmittel eines eigensicheren Stromkreises anderen Anforderungen genügen als funktionsgleiche Geräte für Schaltschränke. Die Montage vor Ort verlangt ein ebenso robustes wie kompaktes Gehäusekonzept. Gleichzeitig müssen die Geräte einfach bedienbar sein und alle erforderlichen Diagnose-Daten bereitstellen. Zudem sind die Randbedingungen des Ex-Schutzes für Vor-Ort-Geräte schärfer gefasst.

Die Randbedingungen für Ex-Betriebsmittel

Durch die erhöhten Temperaturanforderungen gelten andere Grenzwerte für die geräte-internen Temperaturen der begrenzenden und übertragenden Bauteile. Die Geräte sind mechanisch so zu konstruieren, dass sie einen Schlag von 7 Joule aushalten. Ferner benötigen die nicht eigensicheren Stromkreise einen Schutz gegen unbefugtes Öffnen. Die Gehäusematerialien müssen gegen definierte Umwelteinflüsse beständig sein. Mit diesen Maßnahmen lässt sich die eigentliche Funktion – die galvanische Trennung sowie die Begrenzung von Strom und Spannung – direkt ins Feld auslagern.

Die IMC-Module von Turck (IMC: Interface-Modul Cartridge) sind zugehörige Betriebsmittel mit eigensicheren und nicht-eigensicheren Stromkreisen. Deshalb müssen die nach der EG94/9 erforderlichen Informationen auf dem Gerät aufgedruckt sein, beispielsweise die Sicherheitsparameter aus der EG-Baumusterprüfbescheinigung, die Gerätebezeichnung und der Hersteller. Ebenso sind die eigensicheren von den nicht-eigensicheren Kreisen deutlich sichtbar zu trennen – bei den IMCs durch ein blaues Feld mit aufgedrucktem Ex-Symbol nach 84/87/ EEC wie es die EG94/9 ausdrücklich empfiehlt. Eine weitere Forderung der EG 94/9 ist, die Vermischung von Ex-Stromkreisen mit Nicht-Ex-Stromkreisen zuverlässig zu verhindern. Bei den IMCs sorgt dafür die wechselseitige Verwendung von Steckern (Nicht-Ex) und Buchsen auf der Ex-sicheren Anschlussseite. Zusätzlich befindet sich auf den Patronen ein Blockschaltbild, aus der die Funktion und die Belegung der Steckkontakte hervorgehen. Die umfangreiche Beschriftung bietet die Möglichkeit, die Module auch ohne Bedienungsanleitung in Betrieb zu nehmen und den gesetzlich geforderten Nachweis der Eigensicherheit zu erbringen. Trotz dieser Randbedingungen sind die Interface-Module mit 125 mm × 25 mm × 32 mm kompakt und bieten dennoch Platz für handliche M12-Steckverbinder und die erforderlichen Status-LEDs.

Die M12-Steckverbinder sind genormte Standardbauteile, die es in vielen Ausführungen von unterschiedlichen Lieferanten gibt. Für den Anschluss auf der eigensicheren Seite müssen die Stecker eine Isolierung von mehr als 500 V gegen Erde aufweisen. Bei feldkonfektionierbaren Steckverbindern ist zudem ein Fadenmaß von 6 mm zu gewährleisten. Das erfordert unter Umständen Aderendhülsen mit Kragen. Die Ausrichtung der Steckverbinder in der Patrone wurde so gewählt, dass Winkelstecker in einem Winkel von 50° zur Patrone stehen. Dies verhindert mögliche Knicke im Kabel, die zu einer Minderung der Betriebssicherheit führen.

Die Status-LEDs sind gemäß der Namur-Empfehlung NE48 ausgeführt: Die Power-LED leuchtet grün bei anliegender Spannung. Die zweifarbigen Status-LEDs signalisieren den aktiven Schaltzustand in grün, Drahtbruch oder Kurzschluss in rot. Die Module gibt es für digitale Namur-Eingänge, Ausgänge sowie für analoge E/As.

Montage in Zone 2

Bei einer Montage der Patrone in Zone 2 schreibt die EN 60079-15 vor, dass ein ungewolltes Lösen der Steckverbinder auf der nicht-eigensicheren Seite zu verhindern ist. Dies stellt eine Abdeckung sicher.

Mit der zusätzlichen Abdeckung erfüllen die Interface-Module die Errichtervorschriften für die Ex-Zonen 2 und 22.

Mit dieser zusätzlichen Metall-Abdeckung erfüllen die Module die Errichterbestimmungen für die Verwendung in Zone 2 beziehungsweise 22 gemäß EN60079-15 (-0), die einen mechanischen Schutz vorschreiben. Damit können die Geräte direkt ohne weitere Schutzmaßnahmen in Zone 2 montiert werden. Bietet der vorgesehene Installationsort bereits einen mechanischen Schutz, zum Beispiel in Roboterarmen oder innerhalb von Maschinen, kann sogar auf dieses Abdeckblech verzichtet werden. Dann reicht ein Sicherungs-Clip, um die Vorschriften zu erfüllen. Die eigensicheren Anschlüsse (Ex-Seite) der Patrone können dagegen ohne Feuererlaubnisschein während des Betriebes jederzeit gesteckt und gezogen werden.

Durch die kompakte Bauform lassen sich die Module teilanlagenzugehörig anordnen. Somit ist immer ein schneller Überblick über den Betriebszustand vor Ort gewährleistet. Die geringe Aufbauhöhe ermöglicht es zudem, die IMCs an Durchgängen, in I-Trägern oder an Fahrwegen anzuordnen. Die Notwendigkeit eines Schaltschranks entfällt komplett. Die Ausführung in der Schutzart IP67 erlaubt die Montage in rauen Umgebungsbedingungen, wie sie im Freien und in Betrieben der chemischen Industrie auftreten. Die vergossene Elektronik und das zusätzliche Metallschutzschild sorgen für die mechanische Robustheit.

Besonders geeignet sind die Module für Applikationen im Maschinen- und Anlagenbau mit wahlweisem Ex-Schutz: Lackieranlagen können beispielsweise aufgrund des gewählten Lackes, den der Kunde vorgibt, eine explosionsgeschützte Ausführung erfordern. Anlagen, die an andere Kunden geliefert werden, benötigen aufgrund der verwendeten Lacke aber keinen Ex-Schutz. In solchen Fällen lässt sich ein standardisierter Schaltschrank für die Steuerungstechnik einsetzen, denn die automatisierungstechnischen Abläufe sind identisch. Durch die Integration der IMCs in die einzelnen Signalkreise können nun die jeweiligen Einoder Ausgänge individuell eigensicher ausgeführt werden. Somit bleibt der Standard-Schaltschrank des Anlagenbauers erhalten. Diese flexible Strategie spart Kosten bei Engineering, Projektierung, Einkauf, Lagerung und Montage:

• Es wird nur eine Schaltschrankgröße benötigt.
• Die Verlegung eigensicherer Leitungen zum Schaltschrank entfällt.
• Die Module sind an beliebiger Stelle in Zone 2 montierbar.

Eine weitere Möglichkeit, die Exsicheren Stromkreise zu realisieren, besteht darin, mittels Zone-2-geeigneter Feldbus-Komponenten ein anwendungsspezifisches Remote-I/O mit eigensicheren Ein- und Ausgängen zu konfigurieren. Das kann auf kompakten IP67-Feldbus-Modulen basieren, aber auch auf einer Systemlösung wie einem IP67-Remote-I/O. Prinzipiell bleibt die Nicht-Ex-Konfiguration auf der Steuerungsseite identisch. Lediglich durch das Zwischenschalten der Interface-Module können dann beliebige Signale aus oder in den Ex-Bereich geführt werden.

Autor

Jörg Tauert ist Produktspezialist für Interface-Technik bei Hans Turck in Mülheim/Ruhr.