Das niederländische Unternehmen Suiker Unie erzeugt jährlich eine Million Tonnen Zucker und zählt damit zu den größten Produzenten Europas. Allein im Werk in Groningen werden pro Jahr 450.000 Tonnen Zucker in unterschiedlichen Qualitäten hergestellt. Während einer Zuckerkampagne zwischen September und Januar wird Tag und Nacht im Schnitt alle zwei Minuten ein LKW mit Zuckerrüben entladen. Insgesamt müssen drei Millionen Tonnen Rüben gewaschen, geschnitten, gekocht und kristallisiert werden.

Voraussetzung für die sichere und effiziente Prozesssteuerung – und damit für einen reibungslosen Prozessablauf – ist die fehlerfreie Messdatenerfassung und -auswertung zwischen den Sensoren in der Anlage und der Steuerungsebene. Eine der häufigsten Störungen hierbei sind Erdschleifen. Sie entstehen, wenn sowohl im Feld- als auch im Steuerkreis mehrere Erdverbindungen mit unterschiedlichen Potenzialen vorhanden sind. Diese erzeugen im Signalleiter einen Ausgleichsstrom, der zu Messabweichungen führt und die Kommunikation so stark beeinträchtigen kann, dass eine zuverlässige Prozessüberwachung und -steuerung nicht mehr möglich ist.

Als Lösung dieses Problems bietet sich die galvanische Trennung von Feld- und Steuerungsseite an. Sie verhindert die Überlagerung des Nutzsignals durch Störspannungen und -ströme. Gerade bei einem weit verzweigten Anlagenaufbau wie bei Suiker Unie ist eine galvanische Trennung daher eine gute
Lösung, um Brummschleifen bei der Übertragung analoger und digitaler Signale zu verhindern. Das Gleiche gilt für lange Kabel, die Gleichtaktstörungen auch ohne eine leitende Verbindung auffangen können und diese in Signal-eingänge weiterleiten.

Die galvanische Trennung wird mit Hilfe eines Signaltrenners ermöglicht, in dem entweder ein Transformator (induktive galvanische Trennung) oder ein Optokoppler integriert ist. Dieser Interface-Baustein unterbricht die elektrisch leitfähige Verbindung zwischen beiden Stromkreisen, so dass die Ladungsträger nicht mehr von einem zum anderen fließen können. Die Übertragung der Prozesssignale erfolgt stattdessen über das Magnetfeld beziehungsweise ein optisches Sender/Empfängersystem.

Zu den zentralen Funktionen eines Signaltrenners gehört auch die Um­formung eines Signals in Normsignale. Dies ist nötig, um beispielsweise unterschiedliche Messgrößen aus dem Feld in Steuerungs- oder Leitsystemen überhaupt verarbeiten zu können. Der Signaltrenner erfasst die Signale von Sensoren wie Thermoelementen, Widerstandstemperaturmessfühlern (RTD) oder anderen Messaufnehmern und wandelt sie in die typischen Normsignale 0/2 bis 10 V oder 0/4 bis 20 mA um. Eine Wandlung in 0/4 bis 20 mA ist auch für binäre Frequenzsignale von NAMUR-Sensoren oder mechanischen Kontakten möglich. Konfigurieren lassen sich die genannten Funktionen über Dip-Schalter an der Frontseite des Gerätes oder mittels PC.

Überwachung der Förderwege

Signaltrenner werden in der Prozesstechnik aber nicht nur wegen der galvanischen Trennung eingesetzt: Zusätzlich bieten sie dem Anlagenbetreiber unterschiedliche Funktionen zur Erfassung, Verstärkung und Wandlung von Temperaturen, Frequenzen sowie anderer analoger und digitaler Signale. Zu den in der Produktion von Suiker Unie eingesetzten Signaltrennern gehören auch die Drehzahlwächter KFD2-DWB-1.D von Pepperl+Fuchs.

Signaltrenner gehören zum K-System von Pepperl+Fuchs und werden auf dem Power Rail montiert.

© Pepperl+Fuchs

Denn eine zentrale Anforderung bei Suiker Unie ist eine möglichst hohe Verfügbarkeit der diversen Antriebsmotoren von Förderbändern, Trockentrommeln und Zentrifugen in den einzelnen Prozessschritten der Zuckerproduktion. Die Überwachung der Drehzahlüber- oder -unterschreitung erfolgt durch Abgleich der tatsächlichen Drehzahl mit einem voreinstellbaren Grenzwert. Der Drehzahlwert wird in Form eines binären Signals von einem NAMUR-Sensor oder einem mechanischen Kontakt bereitgestellt. Der Drehzahlwächter vergleicht die momentane Drehzahl mit einem Grenzwert, der zwischen 1 mHz und 12 kHz liegen kann. Liegt die Drehzahl außerhalb des zulässigen Drehzahlbereichs, wird ein Alarm ausgelöst.

Zur Verringerung der Verdrahtungs- und Installationskosten von Interface-Bausteinen bietet Pepperl+Fuchs die Spannungsversorgung über Power Rail an. Das Einlegeteil für die Normschiene mit integrierten Leitern versorgt den Signaltrenner rückseitig mit 24 V(DC) und ermöglicht darüber hinaus die Sammelmeldung von Leitungsfehlern des Feldkreises. Damit werden Signalleitungen in der rauen Prozessumgebung permanent auf Unterbrechung oder Kurzschluss überwacht, und der Anwender kann Störungen rechtzeitig erkennen.

Autor: Andreas Grimsehl ist Produkt Marketing Manager Interface Technology im Geschäftsbereich Prozessautomation bei Pepperl+Fuchs in Mannheim.