Interfacekarten im 19“-Format werden in der Prozessautomation bereits seit Jahrzehnten eingesetzt. Lange waren sie Stand der Technik und leisteten erfolgreich ihre Dienste. Doch steigender Kostendruck stellt Anlagenbetreiber zunehmend vor die Aufgabe, durchgängiges Asset Management zu betreiben und dafür die altbewährte 19“ -Technik zu modernisieren.

Turck unterstützt diesen Trend mit FDT/DTMbasierenden Interfacelösungen in vielen Bauformen – vom Hutschienenmodul bis zur modernen 19“-Karte. In den Achtziger Jahren wurden 19“-Bauträger und -Einschubkarten zum Standard für die Trennerebene beim Ex-Schutz in Chemieunternehmen. Dementsprechend hielt auch die Interfacetechnik in Form von 19“-Einschubkarten Einzug in die Schaltschränke zahlloser Messwarten. Die Vorteile lagen auf der Hand, denn das einheitliche Format erlaubte eine platzsparende Installation im Schaltschrank.

Bis zu acht Kanäle auf einer 19“-Karte waren nicht unüblich, was bei einer Bestückung von 21 Karten pro Baugruppenträger bis zu 168 Kanäle bedeutet. Zudem ermöglichte die Technik auch den gleichzeitigen Einsatz der Elektronik von verschiedenen Herstellern in einer standardisierten Gehäuseform. Heute befinden sich in den Anlagen zahllose 19“-Karten, die erneuert und bei der Gelegenheit gleich für die gestiegenen Anforderungen fit gemacht werden müssen.

Der stetig steigende Kostendruck zwingt die Betreiber, die Effizienz ihrer Anlage immer weiter zu erhöhen. Das kann aber nur dann optimal gelingen, wenn die einzelnen „Werte“ – die so genannten Assets – einer Anlage optimal eingesetzt und Prozesse mit aktuellen Statusinformationen optimiert werden. Kaum ein Betrieb verzichtet daher noch auf eine Asset-Management- Lösung, auch wenn die Möglichkeiten dieser Technologie längst nicht ausgenutzt werden. Während große Assets meist gut eingebunden sind, mangelt es häufig bei kleinen Feldgeräten oder bei der Physical Layer, der Verbindung zwischen Feldgerät und Leitsystem.

Datenerfassung für Asset Management

Steht ein Betreiber vor der Aufgabe, einen älteren Anlagenteil modernisieren und für Asset Management erschließen zu wollen, muss er also Messwert- und Diagnoseinformationen aus dem Feld erfassen und verarbeiten können. Um die Erschließung zusätzlicher Daten aus diesem Anlagenteil zu realisieren, hat er drei Alternativen zur Auswahl: (a) Punkt-zu-Punkt-Verbindung, (b) Remote I/Os oder (c) Feldbustechnik. Die klassische Signalübertragungsvariante ist die Punkt-zu-Punkt-Verdrahtung, also die Interfacetechnik.

Dabei wird das einzelne Messsignal aus einem Messinstrument im Feld direkt bis zur Steuerung geleitet. Diese Signale werden galvanisch getrennt, aufbereitet oder umgeformt, bevor sie vom Feld in die SPS bzw. das Leitsystem gelangen. Diese Trennerebene dient dem Zweck, die Steuerung vor Störsignalen oder unerwünschten Übertragungen aus dem Feld zu schützen und das Explosionsschutzkonzept des jeweiligen Betreibers zu unterstützen. Die Steuerung muss zu diesem Zweck über entsprechend viele Signaleingänge und -ausgänge verfügen.

Bei der Punkt-zu-Bus-Verdrahtung – auch als Remote I/O bezeichnet – werden die Signale der Feldinstrumentierung an der I/O- Station in der Anlage gesammelt, in ein digitales Protokoll überführt und über ein Buskabel an die Steuerung geleitet. Somit benötigt die SPS statt vieler analoger oder digitaler Einund Ausgangskarten lediglich eine Buskarte.

Die in der Prozessautomatisierung üblichen Datenprotokolle sind Profibus, Foundation Fieldbus (FF), DeviceNet oder Modbus. Auch in den Remote-I/O-Stationen werden die Signale galvanisch getrennt, bevor diese in ein digitales Protokoll übertragen werden. Die modernste der drei Varianten ist die Bus-zu-Bus-Verbindung, also die Feldbustechnik. In dieser Variante wird die Feldinstrumentierung direkt über das Kommunikationsprotokoll – z. B. Profibus oder FF – an den Bus angekoppelt. Jedes Feldgerät ist damit ein eigenständiger Teilnehmer des Kommunikationsbusses.

Passendes Modernisierungskonzept

Wer über das passende Modernisierungskonzept für seine Anlage nachdenkt, sollte die Vor- und Nachteile der einzelnen Anschlusskonzepte hinterfragen. Welche Argumente sprechen unter Berücksichtigung von notwendigen Umbaumaßnahmen für die eine oder für die andere Methode? Wie viel der bereits existierenden Struktur kann weiterhin genutzt werden und wie viel zusätzliche Information aus dem Feld ist überhaupt erforderlich, um ein gutes Asset Management betreiben zu können? Für alle drei Anschlussvarianten gilt: Der Betreiber soll sinnvolle zusätzliche Daten erhalten, die ihn in die Lage versetzen, eine vorausschauende Wartung zu betreiben und bereits vor dem Eintritt einer möglichen Störung des Betriebs eine Wartung einzuplanen.

Bus zu Bus

Die Erschließung der Asset-Management- Daten erfordert im Fall der Feldbusvariante eine Aufrüstung der Feldinstrumentierung. Alle Messstellen müssen zu diesem Zweck mit einer Auswerteelektronik ausgerüstet sein, die das gewünschte Busprotokoll als Schnittstelle bieten. Die existierende Verkabelung der Feldinstrumentierung kann lediglich noch für die Stromversorgung der einzelnen Messstellen verwendet werden. Die Schaltschränke werden nicht mehr für die Unterbringung einer Steuerung benötigt, da die Bussignale auf direktem Weg in das Leitsystem gelangen. Für die Signalübertragung wird in der Feldbustechnik ein spezielles Kabel genutzt.

Die Feldgeräte sind bereits mit einem feldbusspezifischen Stecker versehen, der eine Verpolung ausschließt. Die so genannte Physical Layer muss entsprechend geplant werden, von der Anzahl der Busteilnehmer pro Strang bis hin zu Leitungs- und Abschlusswiderständen. Es stehen mehrere Bustopologien zur Auswahl, der Signaldichte einer einzelnen Messstelle sind lediglich durch die Zykluszeiten des Protokolls Grenzen gesetzt. Eine Feldbusinstallation ermöglicht somit die uneingeschränkte Übermittlung aller im Gerät befindlichen Daten.

Punkt zu Bus

Vielfach sind Feldgeräte bereits in der Lage, zusätzliche Informationen über das Hart- Protokoll zu kommunizieren. Durchgängiges Asset Management erfordert daher eine Hart- Durchlässigkeit der installierten Verbindungstechnik, so dass eine Remote-I/O-Station eingehende Hart-Signale auf ein digitales Protokoll übersetzen können sollte. Die existierende Verkabelung kann bei einer Punkt-zu- Bus-Verdrahtung per Remote I/O nach einer Vor-Ort-Konfektionierung auf die Remote I/Os umgelegt werden, ohne dass hier ein allzu großer Aufwand entsteht. Die Buskabel von den I/O-Stationen zum Leitsystem müssen allerdings neu verlegt werden. Bei vielen Remote I/Os werden Schaltschränke überflüssig, weil sie für den Feldeinsatz in Schutzart IP67 konzipiert wurden.

Punkt zu Punkt

Die Erneuerung der bestehenden 19“-Technik mit modernen Einschubkarten oder Interfacegeräten in anderen Bauformen ist für viele Anwendungen die günstigste Alternative zur Modernisierung einer Anlage. Der Vorteil gegenüber den anderen beiden Verfahren ist die Tatsache, dass die bestehende Infrastruktur – also Verkabelung, Schaltschrank und Feldinstrumentierung – meist weiter genutzt werden kann.

Im Falle des Austauschs einer 19“-Karte kann die vorhandene Infrastruktur sogar gänzlich unangetastet bleiben, da die moderne Auswerteelektronik im Schaltschrank in den gleichen 19“-Slot eingeschoben wird. Im Vergleich zu den 19“-Karten von vor 20 Jahren werden heute alle relevanten Daten zu einer vorausschauenden Wartung bereitgestellt.

Zusätzliche Funktionalitäten, beispielsweise eine ereignisgesteuerte Fangschaltung innerhalb eines Interfacemoduls, bieten dem Betreiber eine Funktionalität, die häufig nicht einmal über einen digitalen Feldbus verfügbar ist. Hier kann der Betreiber rückwirkend ein Verlassen des vorab definierten Gutzustands diagnostizieren und somit eine Ursachenforschung für eine entstandene Störung anstellen.

Ein weiterer Vorzug des Ersatzes alter 19“-Karten durch moderne Lösungen betrifft den Faktor Mensch: Das Betreuungspersonal findet sich in einer unveränderten Struktur der Signalübertragung sofort wieder. Lediglich die zusätzlich erschlossenen Daten müssen erläutert und interpretiert werden. Nach einer Festlegung, wie man anhand der hinzu gewonnenen Daten beispielsweise ein vorausschauendes Wartungskonzept betreiben kann, kehrt man bei dieser Art der Modernisierung schnell wieder zu dem Betriebsalltag zurück.

Fazit

Um einen Teilbereich einer Anlage zu modernisieren und für Asset Management zu ertüchtigen, muss nicht unbedingt die bestehende Infrastruktur abgerissen und mit Feldbuskabeln versehen werden. Moderne Interfacetechnik auf FDT/DTM-Basis bietet hier ein günstige Alternative – meist unter Weiterverwendung der bestehenden Infrastuktur.

Turck hat für alle Anwendungen passende Lösungen im Programm, von Feldbus- und Remote-I/O-Komponenten bis zur Interfacemodulen. Im Bereich der Interfacetechnik reicht das Angebot von Hutschienengeräten über Cartridge-Lösungen bis zu brandneuen 19“-Karten, die lediglich an Stelle der alten Karte eingesteckt werden müssen.

Dem Anwender bietet Turck als einer der wenigen Anbieter die Chance, seine bestehende 19“-Technik nachzurüsten und weiter zu verwenden – und somit die kostengünstigste Möglichkeit, zusätzliche Asset-Management- Daten aus seiner Anlage zu generieren, ohne einen Aufwand für Umbaumaßnahmen in Kauf nehmen zu müssen.