Das Thema Explosionsschutz wird, nicht zuletzt vor dem Hintergrund der zunehmenden Bedeutung von grünem Wasserstoff, weiter an Relevanz gewinnen. Phoenix Contact stellt daher moderne Interfacelösungen wie Trennverstärker für den Ex-Schutz in unterschiedlichen Applikationen zur Verfügung. Im Vergleich zu anderen Zündschutzarten wie druckfeste Kapselung (Ex d) ist sie deutlich günstiger und erlaubt Wartungsarbeiten und Umbauten im laufenden Betrieb. Die Zündschutzart Eigensicherheit (Ex i) bezieht sich im Unterschied zu weiteren Zündschutzarten nicht auf einzelne Betriebsmittel, sondern auf den Gesamtstromkreis. Der eigensichere Stromkreis begrenzt die Energie derart, dass selbst im Fehlerfall keine Zündung durch Funken oder Wärme entstehen kann.

Trennverstärker als zentrale Komponente im eigensicheren Stromkreis

Ein eigensicherer Stromkreis setzt sich in der Regel aus den folgenden Komponenten zusammen:

• eigensicheres Betriebsmittel, also ein im Ex-Bereich installierter Verbraucher (Ex-i-Feldgerät)
• zugehöriges Betriebsmittel, wobei es sich um eine im Nicht-Ex-Bereich verbaute Quelle (Ex-i-Trenner) handelt
• verbindende Leitungen.

Die Ex-i-Trenner übernehmen dabei die entscheidende Rolle: Zum einen trennen sie gemäß IEC/EN 60079-11 den Ex-i-Stromkreis galvanisch vom Nicht-Ex-i-Stromkreis und stellen sicher, dass der Ex-i-Stromkreis auch durch anzunehmende Fehler auf der Non-Ex-i-Seite nicht beeinflusst wird. Zum anderen limitieren sie die in den Ex-Bereich geführte Energie auf ein nicht zündfähiges Niveau.

Moderne Geräte wie die Ex-i-Versionen der Produktfamilien „Mini Analog Pro“ und „MACX Analog“ bieten eine hohe Kompatibilität zu den Ex-i-Feldgeräten verschiedener Hersteller. Zudem ermöglichen sie große Leitungslängen. Die Ex-i-Trennverstärker beider Serien sind entsprechend der Atex-Zulassungen bis Ex-Zone 0 (Gas) und Ex-Zone 20 (Staub) in allen Ex-Zonen sowie für sämtliche Stoffgruppen, mit IIC auch für Wasserstoff, verwendbar. Ferner lassen sich alle Geräte, ebenfalls die nicht-eigensicheren Versionen, gemäß der Zündschutzart Ex ec in der Ex-Zone 2 verbauen, was die Nutzung in dezentralen Automatisierungskonzepten vereinfacht. Weitere internationale und nationale Zulassungen wie IECEx, UL, CCC oder Inmetro schaffen die Voraussetzung für den Einsatz in weltweiten Anwendungen.

Vielfältige Interfacelösungen im Ex-Bereich

Das Portfolio an Ex-i-Trennverstärkern und -Messumformern von Phoenix Contact beinhaltet maßgeschneiderte Ex-i-Interfacelösungen. Diese reichen von Anwendungen mit kleinen bis mittelgroßen dezentralen Signalmengen mit einzelverdrahteten DIN-Schienengeräten bis zu Lösungen für große Signalmengen mit einer Systemverdrahtung. Dabei wird eine Plug-and-Play-Anbindung von Standard- und Universal-I/O-Karten unterstützt.

Kompakte Trennverstärker der Baureihe „Mini Analog Pro“

Die kompakten Trennverstärker und Messumformer der Baureihe „Mini Analog Pro“ vereinen den eigensicheren Explosionsschutz und die funktionale Sicherheit bis SIL 3 1oo1 auf nur 6,2 Millimeter Baubreite. Damit spart die Produktfamilie in eigensicheren Anwendungen bis zu 50 Prozent Platz gegenüber marktüblichen Geräten und erfüllt außerdem die wichtigsten Funktionen (AI, AO, DI, DO, Temperatur). Nicht-eigensichere Varianten des Portfolios decken für nicht sichere Messkreise zusätzlich Grenzwertschalter, Frequenzmessung und die Signalverdopplung ab.

Der Temperatureinsatzbereich erstreckt sich von minus 40  rad Celsius bis 70 Grad Celsius. Neben der Platzersparnis profitieren Anwender von einem benutzerfreundlichen Design, einer flexiblen Parametrierung und durchgängigen Digitalisierung sowie optionalen Kommunikationsgateways. Steckbare codierte Klemmen erleichtern den Austausch und verhindern Anschlussfehler. Die integrierte Serviceposition erlaubt eine sichere Trennung von Signal- und Versorgungskreisen für die Inbetriebnahme und Wartung. Darüber hinaus ermöglichen Strommesspunkte die Messung im laufenden Betrieb, ohne die Stromschleife zu unterbrechen.

Baureihe „MACX Analog“ für anspruchsvolle Signalverarbeitung

Die seit 2008 in zahlreichen internationalen Anwendungen bewährten und kontinuierlich ausgebauten funktional sicheren Ex-i-Trennverstärker und -Messumformer der Baureihe „MACX Analog“ umfassen auf einer Baubreite von 12,5 Millimeter ein umfangreiches Funktionsspektrum. Dazu gehören unter anderem ein- und zweikanalige Lösungen für sämtliche Standardfunktionen (AI, AO, DI, DO, Temperatur) sowie Signalverdoppler, Grenzwertschalter und Sonderfunktionen wie Ex-i-Relaismodule.

Abgerundet wird das Portfolio durch hochfunktionale Module mit Baubreiten von 17,5 Millimeter bis 35 Millimeter. Als Beispiel seien die universellen Temperaturmessumformer genannt, die abgesehen von einem Analogausgang über drei weitere Relaisausgänge verfügen, sowie Ausführungen mit einer Weitbereichsversorgung von 24…230 V AC/DC.

Trennverstärker für sicherheitsgerichtete Anwendungen bis SIL 3

Die eigensicheren Varianten der Produktfamilie „Mini Analog Pro“ und das gesamte Spektrum von „MACX Analog“ wurden konsequent und durchgängig hinsichtlich der sicherheitsgerichteten Anforderungen entsprechend der IEC/EN 61508 entwickelt. Aufgrund der regelmäßigen und aktuellen Zulassungs-Updates entsprechen die Geräte den derzeitigen Normenständen. Sie können somit zukunftssicher und zuverlässig in sicherheitsgerichteten Applikationen bis SIL 2 SC3 oder SIL 3 genutzt werden.

Zusätzlich bietet die Geräteserie „MACX Analog“ Varianten mit einer Performance-Level-Zertifizierung gemäß EN ISO 13849, die das Portfolio für Maschinenbau-Anwendungen abrunden.

Modulares Versorgungskonzept für analoge Signalaufbereitung

Die Produktfamilien „Mini Analog Pro“ und „MACX Analog“ stehen für hohe Flexibilität und Effizienz in der analogen Signalaufbereitung. Dies wird durch das modulare Versorgungskonzept als zentralem Element unterstrichen. Beim T-Bus-Verbinder handelt es sich um einen robusten Tragschienen-Busverbinder, der für eine nahtlose Energiebrückung und Sammelfehlermeldung sorgt. Die Lösung erlaubt eine einfache und platzsparende Versorgung mehrerer Trennverstärker ohne weiteren Verdrahtungsaufwand.

Ein klarer Vorteil liegt in der einfachen Skalierbarkeit des Versorgungssystems. Je nach Anforderung können zusätzliche T-Bus-Verbinder mit geringem Aufwand in ein bestehendes System eingebunden werden. Besonders hervorzuheben ist die Kompatibilität beider Produktfamilien: „Mini Analog Pro“ und „MACX Analog“ lassen sich durchgängig über den T-Bus versorgen und beliebig kombinieren. Dies geschieht über das einheitliche Versorgungs- und Fehlermeldekonzept. Eine speziell konzipierte Trennplatte ermöglicht den sicheren Aufbau gemischter Systeme. Diese reichen von Anwendungen mit klassischen MSR-Aufgaben bis zu SIL 3 und der Ex-i-Signalverarbeitung. Mit dem T-Bus-PR-Adapter lässt sich eine Integration in Fremdsysteme realisieren. So können die Trennverstärker von Phoenix Contact ohne aufwendige Umbauten der Bestandssysteme auf die Versorgungssysteme von Drittanbietern angepasst werden.

Digitale Konfiguration und Parametrierung

Beide Produktfamilien stellen verschiedene Konfigurationsoptionen zur Verfügung. Prozessorbasierte Geräte lassen sich mit einem Programmieradapter an einen PC anschließen und ohne Versorgungsspannung über die kostenfreie Software Clipx Engineer konfigurieren. Eine einfache Anwendung steht auch hier im Fokus. Die Software bietet unterschiedliche Wizards, die die Anwender systematisch durch den Prozess der Konfiguration oder den Austausch von Geräten innerhalb der Anlage führen. Zudem beinhaltet die Software umfassende Monitoring-Funktionen.

Eine klassische FDT-/DTM-Lösung, die ein herstellerübergreifendes Konfigurationskonzept gestattet, ist ebenfalls erhältlich. Auch die Einstelloption per DIP-Schalter wird bei beiden Produktfamilien bereitgestellt. Dabei sind die Konfigurationsschnittstellen im eingebauten Zustand gut zugänglich. Ferner können die Geräte „Mini Analog Pro“ über die kostenfrei beziehbare Signal Conditioner App nur mit dem Smartphone und über NFC konfiguriert werden. Für die Baureihe „MACX Analog“ gibt es zusätzlich Modulinformationen und eine DIP-Schaltereinstellhilfe.

Digitale Dokumentation über QR-Code

Im Zeitalter von Industrie 4.0 ist es unabdingbar, alle Informationen in digitaler Form schnell und überall zur Verfügung zu haben. Durch den QR-Code, der sich auf den Geräten befindet, erhält der Anwender sämtliche benötigten Informationen einfach und sofort entsprechend den Standards der Industrial Digital Twin Association (IDTA). Da die Geräte in der Regel einen Lebenszyklus von über zwanzig Jahren haben, treten in diesem Zeitraum unweigerlich Änderungen auf. So werden beispielsweise Zulassungen aktualisiert, hinzugefügt oder technische Eigenschaften optimiert.

Mit Hilfe des digitalen Typenschilds bekommt der Benutzer Zugriff auf alle relevanten Dokumente, die für die Revision des jeweiligen Geräts gültig sind. Dazu gehören das Datenblatt, die Betriebsanleitung, Zulassungen, technische Zeichnungen, Herstellererklärungen oder der geltende Stand der Hardware- und gegebenenfalls Firmware-Revision. Es muss nicht mehr in Schränken, auf Laufwerken oder auf der Hersteller-Homepage nach den erforderlichen Unterlagen gesucht werden. Das spart Zeit, Geld und Ressourcen.

Ein unabhängiges Namur-Prüflabor hat die Typprüfungen gemäß der Spezifikation NE 95 für die Produktfamilien „MACX Analog“ und „Mini Analog Pro“ durchgeführt. Die Prüferberichte bescheinigen den Geräten eine gute Platzausnutzung, Installation und Instandhaltung, und das bei Erfüllung sämtlicher geprüften Namur-Empfehlungen und -Arbeitsblättern. Damit werden die Geräte den hohen Anforderungen der chemischen Industrie gerecht. Für den Anwender vereinfacht sich der Einsatz der Geräte, weil aufwendige Werksprüfungen entfallen können.

Schnelle Anbindung der Trennverstärker an I/O-Karten

Die Produktfamilie „Mini Analog Pro“ bietet mit den aufsteckbaren Kommunikationsmodulen eine Möglichkeit, Feldsignale bequem sowie ohne weiteren Platzbedarf in digitale Protokolle zu überführen. Die Kommunikationsmodule unterstützen dabei die Protokolle Profinet, Modbus/TCP, Modbus/RTU und Profibus. Bis zu acht frei kombinierbare Trennverstärker bilden die Basis für die Gateways der Baureihe. Diese sind sofort startbereit und arbeiten ohne externe Stromversorgung. Die direkte Anbindung der Signale an digitale Netzwerke in Verbindung mit einer kanalweisen galvanischen Trennung und präzisen Übertragung machen eine I/O-Ebene sowie teure spezifische Eingangskarten überflüssig. Auf diese Weise ergeben sich neue Anwendungsszenarien bei einer merklichen Platzersparnis, was ebenfalls für eigensichere Signale gilt.

Effiziente Systemintegration in Prozessanlagen

In größeren prozesstechnischen Anlagen müssen oft mehrere tausend Signale verarbeitet werden. Klassische Tragschienengeräte mit Einzelverdrahtung zur Steuerungsebene haben hier meist einen großen Verdrahtungs- und Montageaufwand zur Folge. Für derartige Anwendungen steht mit dem Termination Carrier eine kompakte Lösung zur Verfügung. Sie ermöglicht per Plug-and-Play durch vorkonfektionierte Systemkabel eine schnelle und fehlerfreie Anbindung an die I/O-Karten von Automatisierungssystemen verschiedener Hersteller.

Das Termination-Carrier-System basiert auf einem stabilen Aluminiumprofil mit integrierter Aufnahme von acht bis 32 Trennverstärkern der Baureihen „Mini Analog Pro“ und „MACX Analog“ sowie einer mechanisch entkoppelten Rangierplatine mit Systemsteckeranschluss. Es zeichnet sich durch seine platzsparende, robuste Bauform, gut zugängliche Anschlussstellen sowie eine einfache Montage auf Standardtragschienen aus. So vereinfachen sich die Installation und der Service und die Anlagenverfügbarkeit wird erhöht. Ein zusätzlicher Vorteil für den Anwender ist, dass lediglich eine Trennverstärker-Gehäusebauform für Einzel- und Systemanwendungen am Lager vorgehalten werden muss.

Trennverstärker verkürzen Projektdurchlaufzeiten

Mit VIP I/O-Marshalling ist ein Interfacesystem für Universal-I/O-Karten erhältlich. Das aus einem universellen, sechzehnkanaligen Basismodul sowie steckbaren Funktionsmodulen und Systemkabeln bestehende System kombiniert die Signalrangierung und -verarbeitung für Universal-I/O-Systeme. Die Feldsignale werden direkt auf das Basiselement aufgelegt. Die Funktionsanpassung erfolgt flexibel durch Stecken der jeweiligen Funktionsmodule. Auf diese Weise lassen sich Rangier- und Interfaceschränke einsparen, die Querverdrahtung entfällt und Projektdurchlaufzeiten werden reduziert.

Autoren

Heinrich Käuper, Senior Specialist and Product Manager
Veith Thielecke, Product Manager
beide Phoenix Contact