Optimierte Ex-i-Interfaces für die Tragschiene Kompakt und sicher

Primäre Aufgabe von Ex-i-Signaltrennern ist die sichere Begrenzung der in den Ex-Bereich geleiteten Energie auf einen Wert, der unterhalb der Mindestzündenergie der vorhandenen explosionsfähigen Atmosphäre liegt. Gemäß den konstruktiven Vorgaben der Norm EN60079-11 für die Zündschutzart Eigensicherheit (Ex i) stellen sie sicher, dass die die Eigensicherheit bestimmenden Parameter – beispielsweise die maximale Leerlaufspannung Uo, der maximale Kurzschlussstrom Io oder die maximale Leistung Po – auch unter Fehlerbedingungen eingehalten werden. Diese Parameter wurden bei der neuen Produktserie MACX Analog Ex weiter optimiert respektive verringert, damit die Geräte als zugehöriges elektrisches Betriebsmittel zu möglichst vielen eigensicheren Feldgeräten kompatibel sind. MACX Analog Ex bietet gleichzeitig große Co-Werte, denn die maximal zulässigen äußeren Kapazitätswerte haben einen maßgeblichen Einfluss auf die anschließbaren Leitungslängen (Bild 2). Die MACX-Ex-Trenner entsprechen den gültigen Atex-Normen mit der Kennzeichnung II(1)G [Ex ia] IIC sowie II (1) D [Ex iaD] für Ex-i-Stromkreise bis in Ex-Zone 0 (Gas) und 20 (Staub) und eignen sich folglich für alle Ex-Zonen und Gasgruppen. Weitere Zulassungen nach Zündschutzart Ex n mit der Kennzeichnung II 3G Ex nAC II T4 ermöglichen die Installation der Geräte in Ex-Zone 2. Bis zu 45% Platzersparnis auf der Tragschiene Egal ob jeweils ein- oder zweikanalige Hart-transparente Messumformerspeise- und Ausgangstrennverstärker, Namur-Schaltverstärker, Signalverdoppler, Ventilsteuerbausteine oder Temperaturmessumformer: Die Baubreite von MACX Analog Ex beträgt nur 12,5mm. Im Vergleich zu den bisher üblichen Baubreiten von 16 bis 22,5mm bedeutet dies eine Platzersparnis von bis zu 45% auf der Tragschiene (Bild 3). Möglich wird die schmale Gehäuseform aufgrund einer minimierten Verlustleistung, die sich aus den innovativen Übertrager- und Schaltungstechniken ergibt. Darüber hinaus zeichnen sich die Ex-i-Trenner durch eine präzise Signalübertragung mit einem Übertragungsfehler von typisch 0,05% aus und können Lasten von bis zu 800Ohm treiben. Die Geräte decken unabhängig von der Einbaulage einen weiten Temperatur-Einsatzbereich von -20 bis 60°C ab. Überzeugt haben die Anwender auch die patentierte Übertragertechnik und die geringen Koppelkapazitäten, was zu sehr guten EMV-Eigenschaften gemäß EN61326 führt. Die sichere galvanische Trennung nach EN61010 mit einer Prüfspannung von 2,5kV zwischen Eingang, Ausgang und der Versorgungsspannung schützt das Leitsystem und verhindert Störeinflüsse wie Ausgleichsströme durch Erdschleifen. MACX Analog Ex trägt somit zu einer störungsfreien Signalübertragung und daraus folgend einer effizienten Prozesssteuerung und hohen Anlagenverfügbarkeit bei. In sicherheitsrelevanten Anwendungen bis SIL3 einsetzbar Die MACX-Analog-Ex-Interfaces sind für den Einsatz in sicherheitsgerichteten Kreisen gemäß EN61508 entwickelt und von externen Unternehmen – wie dem TÜV Rheinland – zertifiziert worden. Sie erreichen SIL2 und teilweise sogar SIL3. Bei einem Gerät, das die IEC61508 erfüllt und einem Safety Live Cycle Management unterliegt, wird die komplette Hardware und – falls vorhanden – die Firmware seitens der FMEDA (Failure Modes, Effects and Diagnostics Analysis) detailliert in Bezug auf Fehlerraten untersucht. Aus den Fehlerraten errechnen sich die Sicherheitskenngrößen, die zur SIL-Klassifizierung erforderlich sind. Im Safety Manual des Gerätes dokumentierte Kennzahlen, wie die Versagenswahrscheinlichkeit PFD oder die den Anteil der ungefährlichen Fehler beschreibende SFF, erlauben die korrekte Auslegung der sicherheitsgerichteten Messkette. Die robusten Hutschienen-Gehäuse der MACX-Ex-Geräte verfügen über steckbare und kodierte Anschlussklemmen, wahlweise in Schraub- oder Zugfederanschlusstechnik. Das vereinfacht die Montage und Vorverdrahtung. Steckbuchsen für die Ankopplung beispielsweise von Hart-Handheld-Geräten sind bereits integriert. Die Hilfsenergieversorgung und Sammel-Fehlermeldungen lassen sich flexibel und schnell mit dem T-Connector-Konzept realisieren. Umfangreiche Prüfungen am besten bestanden Im Rahmen der kontinuierlichen Anlagenoptimierung hat die Mineralölgesellschaft Oberrhein (MiRO) eine neue Automatisierungslösung in ihrer Blending-Anlage eingeführt. Unter anderem wurde das Blend-Ratio-Control-Konzept (BRC) durch ein Experion-Blend-Controller-System (EBC) von Honeywell ersetzt. Dieser Umstieg bedingte den Austausch der im zentralen Schaltraum installierten I/O-Ebene des Leitsystems. Für das Pflichtenheft der ebenfalls zu erneuernden Ex-i-Interface-Ebene definierten die MSR-Planer folgende wesentlichen Eckpunkte: – möglichst geringe Baubreite, um den War- tenraum ökonomisch ausnutzen zu können und genügend Reserven für Anlagenerweiterungen zu haben – reduzierte Typenvielfalt, damit Lager- und Dokumentationskosten minimiert werden – Verwendbarkeit auch in sicherheitsgerichteten Mess- und Regelkreisen. Nach umfangreicher Prüfung verschiedener Ex-i-Lösungen fiel die Wahl auf MACX Ex, das die Anforderungen am besten umsetzt (Bild 4). Aufbereitung durch rund 750 Ex-Signaltrenner Die 30 dezentralen Blender-Stationen am MiRO-Standort Karlsruhe sind als Ex-Zone 1 und teilweise als Ex-Zone 0 eingestuft (Bild 5). Die Feldinstrumentierung, die sich aus verschiedenen Durchflussmessern sowie Hart-fähigen 4 bis 20mA-Regel- und Trennventilen zusammensetzt, ist in Zündschutzart Eigensicherheit (Ex i) ausgeführt. Für den Blend-Prozess sind zudem Pumpen anzusteuern sowie Tankstandsanzeigen, Rückmeldekontakte und 4 bis 20mA-Signale von Zwei-Leiter-Transmittern aus der Analysestation auszuwerten. Die Feldinstrumentierung wurde im Anlagen-Upgrade beibehalten. Vieradrige, bis zu 600m lange Multicore-Kabel, die im zentralen Schalthaus der Blending-Anlage zunächst auf Rangierwaben aufgelegt werden, binden die Signale Punkt zu Punkt an. Vom Schalthaus werden die Signale direkt auf die Ex-i-Trennebene rangiert, von rund 750 Analog-Ex-Signaltrennern der MACX-Familie aufbereitet und anschließend durch die C200- und C300-Controller verarbeitet. Die Ex-i-Trenner sind zu Gruppen von 16 Geräten zusammengefasst und in offenen Rangiergestellen auf DIN-Tragschienen montiert. Dabei zeichnen sich die von MiRO konstruierten Gestelle durch reduzierten Platzbedarf und hohe Wartungsfreundlichkeit aus. Darüber hinaus sparen die 12,5mm schmalen MACX-Trenner im Vergleich zu den vorher genutzten Geräten bis zu 38% Platz auf der Tragschiene ein. Anforderungen werden mit überschaubarer Typenzahl abgedeckt Zur optimalen Umsetzung der Rezeptur-Vorgaben ist eine exakte Signalverarbeitung unerlässlich. Rolf Bechtold, Projektingenieur in der Abteilung Automatisierungstechnik der MiRO, bestätigt die Signalqualität der MACX-Geräte: \“Die für die Auswertung der Zählerimpulse eingesetzten Trennschaltverstärker mit Transistorausgängen haben mich aufgrund ihrer sauberen Flanken überzeugt. Bislang sind keine Probleme bei der Verarbeitung mit den C200-Counter-Karten von Honeywell aufgetreten.\“ Bechtold führt weiter aus: \“Die MACX-Trenner lassen sich flexibel verwenden und decken mit einer überschaubaren Typenzahl alle Anforderungen ab. Das ist ein wichtiger Vorteil im Hinblick auf die Geräte-Standardisierung\“. Der Ex-i-Speisetrennverstärker MACX MCR-Ex-SL-RPSS-I verfügt beispielsweise über einen speisenden Ex-i-Eingang für Zwei-Draht-Transmitter zur Umsetzung der Signale aus dem Analysehaus sowie über einen nicht-speisenden Ex-i-Eingang für die 4 bis 20mA-Signale der Durchflussmessgeräte. Das Gerät leitet die 0/4-20mA-Signale Hart-transparent an passive und aktive analoge C300-Eingangskarten weiter. Rolf Bechtold stellt fest: \“Diese Flexibilität hat sich bei der Migration im laufenden Betrieb bewährt und eröffnet außerdem Vorteile bei der Verdrahtung. Hier profitieren wir ebenfalls davon, dass die Trennschaltverstärker zwei Relais- oder Transistorausgänge bieten. Aufgrund der Ex-Werte der MACX-Geräte konnte die gesamte Feldinstrumentierung erhalten werden. Dies wäre mit anderen am Markt erhältlichen Ex-Trenner-Serien nicht ohne weiteres möglich gewesen.\“ Fazit