Electronic Marshalling versus Standard-Signalrangierung in der Prozessautomatisierung

Die Intelligenz verlagert sich ins Feld

Die im Rahmen der Prozessautomatisierung erforderliche Signalrangierung - also das Sortieren und Zusammenfassen von Feldsignalen und deren Anbindung an das I/O-System – ist die Grundlage für jede moderne, industrielle Anlage. Das Hauptziel der Signalrangierung ist die Bereitstellung zuverlässiger Verbindungen, die den Betrieb und die Wartung vereinfachen. Dieser Prozess ist meist sehr kostenintensiv, zeitintensiv und komplex. Das Endergebnis umfasst nämlich erhöhte Aufwände bei Planung und Umsetzung, mangelnde Flexibilität und überwiegend große Kontrollräume, die mit mehreren Rangierschränken ausgestattet sind. Das beansprucht viel wertvollen Platz, wobei Platz und Gewicht meist sehr begrenzt sind.

Mithilfe von universellen Lösungen für Marshalling- und Interface-Ebene kann mit Universal I/O-Systemen eine flexiblere und optimierte Projektplanung und -umsetzung erreicht werden. Projektbeteiligte und Anwender profitieren gleichermaßen. Die notwendige Flexibilität auf der Marshalling- und Interface-Ebene ist dadurch gegeben.

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Prozessanlage

Topologien im Vergleich

Standard-I/O-System

Die Disziplinen der Signalrangierung und Interface-Technik haben sich im Lauf der Zeit entwickelt, um die Verbindung zwischen Feldsignalen und Steuerungssystemen herzustellen. Sie umfasst eine Vielzahl an Anforderungen wie z. B.: Sicherstellen des elektrischen Explosionsschutzes, die Signalkonditionierung mit Relais oder Trennverstärkern, Überspannungsschutz und die einfache Verbindung zwischen Feld und Kontrollraum.

In der klassischen Signalrangierung werden die in beliebiger Reihenfolge ankommenden Feldsignale nach ihrer Signalart sortiert. Von der Rangierebene wird auf die Interface-Ebene verdrahtet und von dort aus auf die I/O-Ebene. Hierbei treten wiederkehrende Probleme aufgrund der Komplexität der Signalrangierung in Bezug auf die Spezifikation, Betrieb, Wartung und Kosten auf. Weitere Charakteristiken eines klassischen Rangieransatzes beinhalten:

  • Starre Systemstrukturen
  • Regelmäßige Projektverzögerungen durch großen Planungs- sowie erheblichen Installations- und Inbetriebnahmeaufwand
  • Steigende Gesamtkosten durch Projektverzögerungen
  • Keine flexible Reaktion auf Änderungen möglich
  • Design-Abhängigkeiten
Topologie: der klassische Aufbau einer prozesstechnischen Anlage

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

Universal I/O-System

Die Implementierung eines Universal I/O-Systems ist zunehmend verbreitetet, da die Industrie zu mehr kundenspezifischen und bedarfsorientierten Produktionsprozessen übergeht. Das Universal I/O-System adressiert diese. Diese Anforderungen beinhalten die folgenden Elemente:

Prozessanlage in Konstruktion
Prozessanlage in Konstruktion
Prozessanlage in Konstruktion
Prozessanlage in Konstruktion
Prozessanlage in Konstruktion
Prozessanlage in Konstruktion

Egal, welche Anforderungen gestellt werden, eine Standardausführung lässt sich an alle Anforderungen anpassen. Von der einfachen Verbindung zwischen Feld und Leitsystem, über Messsignalumformung oder der galvanischen Trennung, bis hin zu Anwendungen mit erhöhten Sicherheitsanforderungen, wie funktionaler Sicherheit oder dem elektrischen Explosionsschutz.

Prozessanlage in Konstruktion

Mit Universal Remote Cabinets lassen sich große Rangier- und Interface-Schränke einsparen. Die Anpassung eines Modulbaukastens hat nicht nur einige Komponenten komplett eliminiert, sondern auch die notwendigen Komponenten kompakter werden lassen, sodass sie in einen kleineren Schrank passen. Die verbesserte Baudichte reduziert die Anzahl der benötigten Schränke, was zu Einsparungen bei Hardware, Installation und Gewicht führt.

Prozessanlage in Konstruktion

Vorgefertigte und geprüfte Universal Remote Cabinets lassen sich einfach im Feld installieren, nah am Prozess. Danach muss lediglich die Feldverdrahtung auf das Rangiersystem aufgelegt, die Spannungsversorgung und die Kommunikationsleitungen zum Leitsystem angeschlossen werden. Alle wichtigen Komponenten befinden sich in diesen Schaltkästen. Das vereinfacht die Wartung und Fehlersuche enorm.

Prozessanlage in Konstruktion

In der Planungsphase muss nicht zwischen einzelnen I/O-Signalen differenziert werden, da sich die einzelnen I/O-Kanäle per Software an die notwendige Funktion adaptieren lassen. Universal I/O-Karten eröffnen also die Option, jeden Kanal individuell anzupassen.

Prozessanlage in Konstruktion

Universal I/O unterstützt bei der Planung und Realisierung der Signalrangierung. Diese erlaubt eine Planung auf Basis der Gesamtzahl der I/Os, bei der einzelne Funktionen zunächst keine Rolle spielen. Die I/Os lassen sich im späteren Projektverlauf per Software adaptieren. Das reduziert die Projekt- und Lebenszykluskosten im Vergleich zum Standard-I/O-System.

Die Intelligenz verlagert sich ins Feld

Topologie: Universal I/O-Systeme mit VIP I/O Marshalling

Mit Universal Remote Cabinets lassen sich große Rangier- und Interface-Schränke einsparen. Die Feldsignale werden in den Cabinets direkt rangiert und verarbeitet. Die Anbindung an das Universal I/O-System erfolgt dann per Systemkabel. Ein Glasfaserkabel stellt die finale Verbindung zum Leitsystem her.

Prozessautomationsprojekte im Vergleich Universal I/O versus Dedicated I/O

Das Universal I/O-Konzept in Verbindung mit einer intelligenten Signalrangierung bietet deutliche Vorteile in der Planung und Umsetzung von komplexen Prozessautomatisierungsprojekten. Zum einen sind bisher frühzeitig notwendige Projektinformationen nun erst zu einem späteren Projektzeitpunkt erforderlich, wie die Anzahl einzelner Feldsignalarten. Dies erleichtert die Planung und Beschaffung. Darüber hinaus können einzelne Projektschritte aufgrund der erhöhten Flexibilität des Ansatzes parallel abgearbeitet werden. Insgesamt lassen sich Projektdurchlaufzeiten so deutlich verkürzen, was zudem die Gesamtinvestitionskosten verringert.

Zeitstrahl der Prozessautomationsprojekte im Vergleich

Mithilfe von Universal I/O lässt sich die durchschnittliche Projektdauer von ca. 18 Monaten auf bis zu 12 Monate reduzieren.

Einsatzbereiche

Arbeiter auf einer Ölplattform mit Laptop in den Händen
Öl- und Gasanlagen
Ölraffinerie erleuchtet bei Nacht
Petrochemische Anlagen bis hin zur Pharmazie
Einblick in die Papier- und Zellstoffindustrie
Papier- und Zellstoffindustrie
Arbeiter mit Funkgerät vor einer Chemieindustrieanlage
Weitere Prozessanlagen
Sudhaus in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie
Lebensmittel- und Getränkeindustrie

Bestehende Probleme eines Universal I/O-Systems:

Der Einbezug der benötigten Interface-Technik fehlt, wie z. B.:

  • Relais zur Signalanpassung an die als digitaler Ausgang konfigurierten I/Os
  • Interface-Bausteine mit Zündschutzart Eigensicherheit
  • Signaltrenner zur Separation von Erdschleifen
  • Unterbindung von Signalverfälschungen
Phoenix Contact-Experte zum Thema VIP I/O-Marshalling

Das volle Potenzial von Universal I/O mit VIP I/O-Marshalling ausschöpfen

VIP I/O-Marshalling als passende Lösung von Phoenix Contact

  • Bietet auf der Interface- und Rangierebene die gleiche Flexibilität
  • Ist für den Einsatz von Universal I/O-Systemen ausgelegt
  • Besteht aus drei Bausteinen, um den Anforderungen auf der Interface- und Rangierebene gerecht zu werden:
    o Das auf der Standardhutschiene angebrachte Basiselement nimmt die Feldverdrahtung auf und sorgt über Steckverbinder für den Anschluss an das I/O System
    o Das Input-Output-Accessory (IOA) erfüllt die eigentliche Interfacefunktion
    o Ein Systemkabel verbindet das Basiselement mit dem universellen I/O-System
  • Bietet für jede Anforderung das passende Interface an