PROZESSAUTOMATION LB/FB REMOTE I/O-SYSTEME ENGINEER S GUIDE

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1 PROZESSAUTOMATION LB/FB REMOTE I/O-SYSTEME ENGINEER S GUIDE

2 Über Pepperl+Fuchs Pepperl+Fuchs ist einer der Marktführer in Entwicklung und Herstellung elektronischer Sensoren und Komponenten für den weltweiten Automatisierungsmarkt. Kontinuierliche Innovation, hohes Qualitätsniveau und ständiges Wachstum bilden die Basis unseres Erfolges und das seit mehr als 0 Jahren. Ein Unternehmen, zwei Geschäftsbereiche PEPPERL+FUCHS Protecting your Process Der Geschäftsbereich Prozessautomation ist ein Marktführer im Bereich des eigensicheren Explosionsschutzes. Wir bieten umfassende, applikationsorientierte Systemlösungen bis hin zu kundenspezifischen Schaltschranklösungen für die Prozessindustrie. Hierzu steht eine große Auswahl an Komponenten aus unseren verschiedenen Produktlinien zur Verfügung: Trennbarrieren, Feldbusinfrastruktur-Lösungen, Remote I/O-Systeme, HART Interface Solutions, Füllstandsmesstechnik, Überdruckkapselungssysteme, Bedienen+Beobachten, Stromversorgungen sowie Warnanlagen für Öl-/Benzinabscheider, Signalgeräte, Leuchten, Notaus-Ausrüstungen und Zubehör. PEPPERL+FUCHS SENSING YOUR NEEDS Die Zielmärkte des Geschäftsbereiches Fabrikautomation sind Maschinen- und Anlagenbau, Automobilindustrie, Lager- und Fördertechnik, Druck- und Papierindustrie, Verpackungstechnik, Process Equipment, Tür-, Tor-, Aufzugsbau, Mobile Equipment und erneuerbare Energien. Mit der Erfindung des induktiven Näherungsschalters im Jahre 98 hat das Unternehmen im Geschäftsbereich Fabrikautomation einen entscheidenden Meilenstein in der Automatisierungswelt gesetzt. Unter dem Motto Sensing your needs profitiert der Kunde von maßgeschneiderten Sensorlösungen für die Fabrikautomation. Der Geschäftsbereich bietet von induktiven, optoelektronischen und Ultraschallsensoren über Drehgeber, Identifikationssysteme, Barcodes, Lesegeräte für Data-Matrix-Codes und Vision Sensoren eine breite Palette industrieller Sensorik.

3 Pepperl+Fuchs weltweit Unsere Kompetenzzentren bilden den Kern unseres weltweiten Technologie- und Servicenetzwerkes Unsere globale Präsenz erlaubt es uns, die Vorteile zweier Welten zu kombinieren: höchste technische Standards mit effizienten, kostengünstigen Produktionsmöglichkeiten. Das bedeutet, wir können Ihnen alles bieten, was Sie für den effizienten und sicheren Betrieb Ihrer verfahrenstechnischen Anlage benötigen. Die Produkte und Systemlösungen von Pepperl+Fuchs sind immer auf dem neuesten Stand der Technik; nicht selten sind sie die Schrittmacher in ihrer Technologie. Auf der ganzen Welt stehen Ihnen kompetente und erfahrene Ingenieure und Berater mit Rat und Tat zur Seite wo und wann immer Sie uns brauchen. Tradition der Innovation Eine lange Tradition als Innovator macht Pepperl+Fuchs zu dem weltweit führenden Lieferanten für die Prozessindustrie. Seit mehr als 0 Jahren setzen wir mit unseren Komponenten und Lösungen technische Maßstäbe. Jetzt machen wir den nächsten Schritt in eine neue Dimension der Technologie: DART und WirelessHART. Geschäftsausblick Unser Zielmärkte sind die chemische, pharmazeutische sowie die ölund gasverarbeitende Industrie, die Petrochemie und alle Unternehmen, die in der Abwasseraufbereitung und Energiegewinnung tätig sind. In all diesen Bereichen sind wir nicht nur Lieferant, sondern Partner der Betreiber, Leitsystemhersteller, Systemintegratoren und beratenden Ingenieure. Von der Unterstützung bei der Applikationsanalyse durch unser globales Projektteam über kundenspezifisches Engineering bis zum technischem Support bei Inbetriebnahme und Betrieb der Anlage begleiten wir die Anwender unserer Produkte, überall auf der Welt.... in Nord -/Zentralamerika mit Hauptsitz in Twinsburg, Ohio, USA in Westeuropa mit Hauptsitz in Antwerpen, Belgien in Nordeuropa mit Hauptsitz in Oldham, nahe Manchester, UK... in Asien mit Hauptsitz in Singapur... im Mittleren Osten und in Indien mit Hauptsitz in Dubai... in Südeuropa und Osteuropa mit Hauptsitz nahe Mailand, Italien in Deutschland Unser Stammsitz in Mannheim, Deutschland, ist das Zentrum unserer technischen Expertise. Mehr als 00 Ingenieure und Spezialisten forschen hier und entwickeln neueste Technologien und Produkte. Konsequent wird unsere Tradition von höchster Qualität und Technologieführerschaft in die Zukunft fortgeschrieben.... in Südamerika mit Hauptsitz nahe Sao Pãulo, Brasilien

4 Engineer s Guide Produktportfolio Prozessautomation Interfacetechnik Unsere Interfacetechnik ist der Garant für eine sichere, zuverlässige und effiziente Signalübertragung zwischen Feldgerät und Leitsystem. In diesem Zusammenhang bieten wir eigensichere Trennbarrieren, HART-Interfacelösungen und Zenerbarrieren für die DIN-Hutschienenmontage oder Termination Board-Lösungen, Signalanpassungen für den allgemeinen Produktionsbereich sowie eine breite Auswahl an Netzteilen und Zubehör an. Feldbusinfrastruktur FieldConnex ist eine umfassende Feldbusinfrastruktur für die Verbindung Ihrer Feldgeräte mit einem Auswertegerät. Es steht eine breite Produktpalette für eine schnelle Installation und Inbetriebnahme zur Verfügung. Beim besonderen High-Power Trunk-Konzept wird die der einzelnen Geräte mithilfe von Segment Protectoren und Feldbarrieren realisiert. Das Advanced Diagnostic-Modul hingegen ermöglicht die Fernüberwachung der physikalischen Schicht in Echtzeit. Remote I/O-Systeme Remote I/O-Systeme bieten die Möglichkeit zur effizienten Kommunikation zwischen einem modernen Prozessleitsystem und bewährten konventionellen Feldgeräten. Mit RPI- und LB/FB-Remote I/O wird die Verbindung einer Vielzahl von digitalen und analogen Sensoren und Aktoren mit dem Prozessleitsystem über den Feldbus realisiert. Zur Nutzung verschiedener Busprotokolle steht eine breite Palette von Gateways zur Verfügung. Überdruckkapselung Überdruckkapselungsprodukte stellen eine sichere und wirtschaftliche Lösung für die Montage von elektrischen Geräten und Komponenten in explosionsgefährdeten Bereichen dar. Indem innerhalb eines Umgehäuses ein sicherer Bereich geschaffen wird, können allgemeine Geräte in explosionsgefährdeten Bereichen eingesetzt werden. Pepperl+Fuchs verfügt über ein umfassendes Angebot an Überdruckkapselungsprodukten in den Ausführungen X, Y, Z, Ex np und Ex px für den Einsatz in Zone/Division und. Füllstandsmessung und Korrosionsüberwachung Unsere Füllstandsmessgeräte sind mit -0 ma, FOUNDATION Fieldbus- und PROFIBUS PA-Schnittstellen verfügbar. Die Geräte sind für Grenzwerterfassungen oder kontinuierliche Messungen ausgelegt und für zahlreiche Stoffe und Industriezweige geeignet. CorrTran MV ist ein multivariabler -Draht-HART-Transmitter, der in Echtzeit eine Online-Auswertung von allgemeiner und örtlicher Korrosion (Lochfraß) durchführt.. Industriemonitore + HMI-Lösungen Industriemonitore und HMI-Lösungen ermöglichen eine optimale Steuerung, Durchführung und Überwachung von Produktionsprozessen. Unsere Produktlinie umfasst industrielle PC-Komponenten und Visualisierungsgeräte für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen. Unser Schwerpunkt liegt dabei im Bereich der Geräte, die für Bedienschnittstellen zu Automatisierungssystemen eingesetzt werden. Dazu zählen eigensichere elektronische Anzeige- und Steuerungssysteme, Ex-PC-Systeme, eigensichere Wäge- und Dosierstationen sowie eigensichere Datenerfassungssysteme. Umgehäuse und Anlagenteile für explosionsgefährdete Bereiche Unsere Abteilung für Schaltschranklösungen bietet eine fachkundige Entwicklung, Fertigung und Inbetriebnahme zahlreicher Lösungen an, wie etwa Rangierschränke, Anzeigen und Meldeanlagen, Verteilerboxen, Schaltschränke für Leitwarten, Feldbusschränke, kundenspezifische Lösungen für Bedienerschnittstellen, standardmäßige und kundenspezifische Feldbusverteiler und Feldbus-Spannungsversorgungsschränke sowie kundenspezifische Remote I/O-Umgehäuse.

5 Remote I/O Engineer s Guide Eigensicherheit Bei der Eigensicherheit (Ex i) handelt es sich um eine in den verschiedensten Gerätebauformen eingesetzte Zündschutzart, mit der die Energie in einem elektronischen Schaltkreis soweit begrenzt wird, dass der Betrieb in einem explosionsgefährdeten Bereich sicher ist. Die Eigensicherheit ist ein zentrales Element der Remote I/O- Technologie. Standardbus-Technologien Überall in der Branche werden unterschiedliche Bustechnologien eingesetzt. PROFIBUS, MODBUS, FOUNDATION Fieldbus und Ethernet gewährleisten einen zuverlässigen Austausch digitaler Informationen zwischen Leitsystem und Remote I/O. HART Interface Solutions HART (Highway Addressable Remote Transducer) ist ein weit verbreitetes digitales Feldbusprotokoll, das für zahlreiche Anwendungen geeignet ist. Es dient zur Kommunikation mit Feldgeräten, zur Konfiguration und Überwachung des Systemstatus sowie zur Anzeige von Prozessvariablen. Systemintegration Die Systemintegration bildet einen grundlegenden Teil der Remote I/O-Station. Über die systemeigene Workstation oder über eine zweite zentrale Bedienkonsole können dabei sowohl die Remote I/O-Technik als auch die Feldgeräte konfiguriert werden. Signalanpassung Die Signalanpassung ist ein wichtiger Bestandteil sämtlicher Automatisierungssysteme, in denen elektrische Trennung, elektronische Signalwandlung und Messgenauigkeit wesentliche Merkmale der Steuerkreisarchitektur darstellen. Die Signalanpassung gehört unter Anderem zum Aufgabenbereich von Remote I/O-Geräten. Individuelle Projektlösungen Unsere erfahrenen Projektingenieure begleiten Sie in allen Projektphasen, vom Projektbeginn über die Werksabnahme bis zur Inbetriebnahme. Die Remote I/O-Schaltschränke werden nach höchsten internationalen Qualitätsstandards hergestellt. Außerdem kümmern wir uns darum, dass die Explosionsschutz- Bestimmungen erfüllt werden, in denen die maximal zulässigen Oberflächentemperaturen für den Einbau im explosionsgefährdeten Bereich festgelegt sind. Das gilt sowohl für Standard-Schaltschränke als auch für kundenspezifische Umgehäuse. Die Lösungen können Anzeigen und Meldeeinrichtungen, Verteilerschränke und Bedienstationen vorsehen.

6 Engineer s Guide Inhaltsverzeichnis Einleitung Technologie 8 Grundlagen Anwendungen und Praxislösungen 9 Explosionsschutz und Eigensicherheit Funktionale Sicherheit (SIL) 9 Remote I/O-Trennbarrieren 00 LB Remote I/O für sichere Bereiche oder Zone, Zone, Div. 0 FB Remote I/O für Zone oder Zone 08 FOUNDATION Fieldbus Modular I/O 9 LB Modular I/O für sichere Bereiche oder Zone, Zone, Div. 9 FB Modular I/O für Zone oder Zone 9 PROFIBUS-LWL-Koppler und -Repeater für Zone oder Zone PROFIBUS-LWL-Koppler Multifunktionsklemme 0 Multifunktionsklemme MFT Anhang 8 Glossar Funktionsverzeichnis Typenverzeichnis

7 I Einleitung Engineer s Guide Wir freuen uns, dass Sie sich für den Remote I/O Engineer s Guide von Pepperl+Fuchs als Referenzdokument für Ihre Anwendungslösungen entschieden haben. Dieser Engineer s Guide ist weit mehr als ein Katalog mit Datenblättern und Spezifikationen. Er enthält eine Fülle an Informationen über explosionsgefährdete Bereiche, über die Zündschutzart Eigensicherheit, Grundprinzipien, Anwendungen und über die funktionale Sicherheit. Wir hoffen, dass sich dieser Engineer s Guide in Ihrer alltäglichen Arbeit als wertvolles Hilfsmittel erweist und dass Pepperl+Fuchs im Bereich der Remote I/O-Technologie in der Prozessautomation Ihre erste Wahl darstellt. Technologie Der Technologieteil dieses Katalogs ist in mehrere Abschnitte unterteilt: Einführung in die Eigensicherheit und andere Zündschutzarten, Anwendungen und Praxislösungen sowie nützliche Informationen über Sicherheits-Integritätslevel (SIL). Ferner werden die Busprotokolle sowie die Systemintegration und HART-Kommunikation erläutert, und es gibt einen Abschnitt über individuelle Projektlösungen. Der Abschnitt Eigensicherheit und Explosionsschutz im Überblick enthält eine detaillierte Analyse der verschiedenen explosionsgefährdeten Bereiche sowie der Zündschutzart für den sicheren Gerätebetrieb in explosionsgefährdeten Bereichen. Die Schutzmethode der Eigensicherheit sowie deren Geschichte, Entwicklung, Funktionsprinzipien und Normen werden eingehend beleuchtet. Darüber hinaus werden weitere Zündschutzarten behandelt. Der SIL-Abschnitt befasst sich mit dem Thema funktionale Sicherheit und enthält einen knappen Überblick über Sicherheits- Integritätslevel in der Prozessindustrie. Die wichtigsten Normen werden zusammengefasst und viele wichtige Bezeichnungen und Definitionen erörtert, unter anderem die Versagenswahrscheinlichkeit bei Anforderung (PFD: Probability of Failure on Demand), T Test und Anteil ungefährlicher Ausfälle (SFF, Safe Failure Fraction). Zudem werden einige Anwendungsbeispiele von Pepperl+Fuchs-Produkten analysiert, um deutlich zu machen, wie unsere Produkte in SIL-Strukturen eingesetzt werden können. Im Abschnitt Anwendungen und Praxislösungen werden die wichtigsten Prozessanwendungen anhand leicht zu lesender und verständlicher Beispiele erläutert. Dabei wird auf zahlreiche in diesem Engineer s Guide aufgeführte Produkte zurückgegriffen. Der Abschnitt enthält zudem eine Zusammenfassung der Anwendungsmöglichkeiten für Digitaleingänge/-ausgänge und /-ausgänge, die Ihnen als praxisbezogene Unterstützung für alle anfallenden Aufgaben dienen soll, die Ihnen tagtäglich bei der Planung und Wartung als Ingenieur begegnen. Busprotokolle und ihre Funktionsprinzipien werden im Anschluss erläutert. Der Abschnitt konzentriert sich auf die praxisbezogenen Aspekte von Remote I/O-Anwendungen. Er soll dem Leser als Kurzreferenz dienen, um die einzelnen Bustechnologien nachzuschlagen, ohne zu weit in die Tiefe gehen zu müssen. Der Abschnitt Systemintegration zeigt, wie einfach sich ein Remote I/O-System in die verschiedenen Prozessleitsysteme einbinden lässt. Hierzu werden die Konfiguration und Parametrierung, aber auch die Online-Konfiguration behandelt. Die HART-Kommunikation gehört zum erweiterten Funktionsbereich der Remote I/O. Sie kann zusätzlich zu den... 0 ma Stromkreisen eingesetzt werden, die für analoge Eingänge von Durchfluss-, Füllstands-, Druck- und Differenzdrucktransmittern sowie für Ausgänge zu Positionsgebern, I/P-Wandlern, Proportionalventilen und analogen Anzeigen genutzt werden. Dank Remote I/O sind tragbare HART-Handhelds überflüssig, denn alle Aufgaben können über den Bus erledigt werden. Individuelle Projektlösungen für Remote I/O-Anwendungen sind das Thema des letzten Abschnitts, der sich mit Standardsowie Sondergehäusen und -schaltschränken sowie mit dem kombinierten Einsatz unserer Anzeigesysteme befasst, die für die Montage in explosionsgefährdeten Bereichen vorgesehen sind. In diesem Abschnitt wird auch gezeigt, wie eine Erfüllung der Explosionsschutzbestimmungen sichergestellt werden kann. Symbole! Nachstehend sind die elektrischen Symbole der Blockschaltbilder aufgeführt: + 0 kω T - 00 % V 0 % TC Steckbrücke RTD Widerstand Potentiometer Messbrücke Füllstandsmessung Schwingungssensor Feuermelder magnetischer Geber V ma ma HART P HART Schließer NAMUR-Sensor Zähler digital Spannungsquelle Stromquelle Magnetspule I/P-Gerät Hupe Transmitter Feldgerät, kω ma 0 kω Messumformer mit galvanischer Trennung Messumformer Wechsler Transistor Stromquelle mit Widerstand Leitungsfehlerüberwachung Funktionsblock Zenerdiode LED Erde Auswechselbare Vorsicherung

8 FB0B LB0E Engineer s Guide Remote_IO_ger.book Seite Freitag,. Mai 0 8:0 08 Einleitung Produktauswahltabellen Anhand der Produktauswahltabellen zu Beginn jedes Abschnitts finden Sie schnell und unkompliziert die richtigen Produkte. Produktdatenblätter i Die Produktdatenblätter enthalten alle für die Auswahl und Spezifikation der Anlage wesentlichen Angaben. Die Datenblätter sind in vier Hauptbereiche unterteilt: Produktmerkmale, Funktionsbeschreibung, Technische Daten und Abbildungen. Neben diesen vier Hauptbereichen gibt es Navigationshilfen (wie spezielle Farben, Markierungen und Symbole), anhand derer eine schnelle Produktidentifikation möglich ist. Wir hoffen, dass diese Informationen für Sie nützlich, präzise und leicht verständlich sind. Wichtigste Produktmerkmale Navigationshilfe über Farbkodierung LB-System FB-System FF Modular I/O PROFIBUS LWL-Koppler Multifunktionsklemme Produkte für explosionsgefährdete Bereiche Produkte für sichere Bereiche Funktionsbeschreibung Kennzeichnung der Geräte mit SIL-Einstufung FB-System Sicherheitsparameter. kω +/+ Zone 0, 0 0 kω Div. -/- Ausgabe 07 0/0 ingängausgängeingänge Analog- Binär- Binär- LB-System Remote I/O-Trennbarrieren Bestellbezeichnung Kanäle belegte Steckplätze NAMUR-Sensor/ spannungsfreier Kontakt Frequenz und Drehrichtung Eingang (Feldseite) Zähler Leitungsfehlerüberwachung aktives binäres Signal V DC U 0 (V) I 0 (ma) P 0 (mw) Auswahltabellen LB00A LB00* LB008A 8 LB0A LB0A,,8 0, LB0* 0,,, 7 LB08A 8,9,7 8, 8 Frontansicht Aufbau LB007A, LB0A auf Anfrage Remote_IO_ger.book Seite Mittwoch,. Mai 0 8: 08 FB0B Frontansicht LED rot: Leitungsfehler LED rot: Leitungsfehler Bestellbezeichnung Remote_IO_ger.book Seite Mittwoch,. Mai 0 8: 08 Merkmale Aufbau LB0E LED grün: LED gelb: Signal (Status) IECEx-Zulassung Platz für Beschriftung Buchse für abziehbaren Stecker blau (Zubehör) Buchse für abziehbaren Stecker blau (Zubehör) LED grün: LED gelb: Signal (Status) Platz für Beschriftung Technische Daten II I Zone 0, 0 Binärausgang, Bemessungsspannung V DC Merkmale Eingänge und Ausgang Ex ia Technische Daten Verlustleistung, W -kanalig Montage in Zone, Zone, Div. Leistungsaufnahme, W oder im sicheren Bereich Bemessungsspannung V DC Eingänge Ex ia Eingang Positive oder negative Logik Leistungsaufnahme 0, W Kontakt- oder NAMUR-Eingänge Bemessungswerte nach EN (NAMUR) parametrierbar Eingang Schaltpunkt/Schalthysterese,..., ma / ± 0, ma Galvanische Trennung Geeignete Sensoren mechanische Kontakte, NAMUR-Näherungsschalter, Simulation für Inbetriebnahme Leitungsfehlerüberwachung Option: kanalweise ein-/abschaltbar untereinander und zum Bus -Draht-Initiatoren (forcen) mechanische Schalter: siehe Blockschaltbild Montage in geeigneten Gehäusen in Anschluss Klemmen +, NAMUR-Näherungsschalter: -; +, - keine Zusatzbeschaltung Leitungsfehlerüberwachung Zone oder Zone Bemessungswerte nach EN notwendig (NAMUR) Kontinuierliche Eigenüberwachung Positive Zumutbare oder Änderungen negative aufgrund Logik Schaltpunkt/Schalthysterese,..., ma Schaltpunkte: / ± 0, ma technischer Verbesserungen vorbehalten Leitungsfehlerüberwachung Option: kanalweise ein-/abschaltbar parametrierbar Ausgang mit Watchdog - Leitungskurzschluss: typisch < 0 Ω, sicher < 00 Ω mechanische - Leitungsbruch: Schalter: siehe typisch Blockschaltbild < 0, ma, sicher: < 0,0 ma Simulation Ausgang für Inbetriebnahme mit busunabhängiger Innenwiderstand NAMUR-Näherungsschalter: ca. kω keine Zusatzbeschaltung (forcen) Sicherheitsabschaltung Ausgang notwendig Leitungsfehlerüberwachung Bis SIL gemäß IEC 08 Arbeitsfrequenz Schaltpunkte: Hz, abhängig vom Prozessleitsystem - Leitungskurzschluss: typisch < 0 Ω, sicher < 00 Ω Kontinuierliche Modul Eigenüberwachung unter Spannung Leitungsfehlerüberwachung Option: ein-/abschaltbar, siehe Blockschaltbild - Leitungsbruch: typisch < 0, ma, sicher: < 0,0 ma austauschbar (hot swap) Watchdog Ausgang Aus 0, s nach gravierendem Fehler Spannung 8, V, typisch Funktion Daten für den Einsatz in Sicherheitsparameter siehe Seite 9 Innenwiderstand ca. kω Funktion Verbindung mit Ex-Bereichen Mindestimpulsdauer 0 μs Der Binäreingang verarbeitet bis zu EG-Baumusterprüfbescheinigung PTB 0 ATEX 0 Umgebungsbedingungen binäre Eingangssignale Der Binärausgang von besitzt NAMUR- Ausgangskanal oder mit mechanischen Rückmeldeeingängen. II () D [Ex iad] Gruppe, Kategorie, Zündschutzart II () G [Ex ia] IIC Umgebungstemperatur C ( F) Sensoren Kontakten Mechanische Daten nur in Verbindung mit den Netzteilen LB9*** aus dem Ex-Bereich. Das Gerät kann ein Magnetventil, einen Schutzart Eingang IP0 (Modul), separates Gehäuse entsprechend Leitungsbruch akustischen und Leitungskurzschluss Signalgeber oder eine Anzeige (ohne Leitungsfehlerüberwachung) Anschluss im o V Systembeschreibung erforderlich Spannung U werden überwacht. Gerätestecker (Zubehör) Strom I Feld ansteuern. Zusätzlich überträgt er o ma - abziehbare Klemmen Die eigensicheren Eingänge sind gemäß Leistung P binäre Eingangssignale von NAMUR- o - Steckerteil mit mw Schraubflansch (Kennlinie linear) EN galvanisch voneinander, Ausgang Sensoren oder mechanischen Kontakten - Leitungsanschluss: Federzugklemmen: vom Bus und der getrennt. Spannung U aus dem Feld. (0,..., mm ), Schraubklemmen: (0,08..., mm o,9 V ) Masse Strom I o ca. 0 g 9 ma Der Ausgang lässt sich über einen Kontakt Abmessungen Leistung P o 8 x 07 x 8 mm mw abschalten. Dies kann für busunabhängige Sicherheitsanwendungen benutzt Verbindung wer- mit Gruppe, Ex-Bereichen Kategorie, Zündschutzart, II G Ex na IIC T Daten für den Konformitätserklärung Einsatz in Sicherheitsparameter PF 08 CERT siehe Seite den. EG-Baumusterprüfbescheinigung Temperaturklasse PTB 97 ATEX 07 U, PTB 97 ATEX 07 (System) Leitungsbruch und Leitungskurzschluss Gruppe, Kategorie, Richtlinienkonformität Zündschutzart II () G Ex d [ia] IIC, [Ex iad] werden überwacht. Richtlinie 9/9/EG nur in Verbindung EN , mit den EN Netzteilen 0079-, FB9** EN 0079-, EN 0079-, Die eigensicheren Eingänge und der Richtlinienkonformität EN -0, EN - Ausgang sind vom Bus und der Richtlinie Internationale 9/9/EG Zulassungen EN , EN 0079-, EN 0079-, EN 0079-, UL-Zulassung EN -0, E078 EN - galvanisch getrennt. Internationale IECEx-Zulassung Zulassungen BVS X, BVS 08.00X I II kω. kω beantragt kω kω Eingang Ex ia Eingang Ex ic Montage in Zone und Zone Binäreingang COM Montage in Div. Zone Ausgabe 07 0/0 Seite Binärausgang mit Abschalteingang Hauptfunktion COM Zone Div. Ausgabe 07 0/0 LB-System Frontansicht Blockschaltbild 7

9 Technologie 8

10 Technologie Inhaltsverzeichnis Grundlagen.... Bustechnologie... Online-Konfiguration... Redundanz... Planungsleitlinien...7 Systemintegration und Life Cycle Management...9 PACTware TM Ein Konfigurations-Tool für alle Feldgeräte....0 Technologie HART-Kommunikation... Anwendungen und Praxislösungen...9 Standard- und Kundenlösungen... 9 Remote I/O-Trennbarrieren... Buskoppler-Auswahltabelle...9 Übersicht über Explosionsschutz und Eigensicherheit... Einleitung... Einführung in die Eigensicherheit... Physikalische Grundlagen des Explosionsschutzes... Einstufung explosionsgefährdeter Bereiche... Zündschutzmethoden...7 Kennzeichnung der Zündschutzarten... Das Konzept der Eigensicherheit... Eigensichere Systeme....7 Grundlagen Anwendungen Explosionsschutz Eigensicherheit Nachweis über die Eigensicherheit des Systems Montage eigensicherer und zugehöriger Betriebsmittel... Rechtliche Situation...8 Prüfung und Instandhaltung eigensicherer Anlagen...70 Funktionale Sicherheit DART - Eigensicherheit in neuen Dimensionen... 7 Anwendungspraxis...7 Zusatzinformationen...8 Spezielle Gesichtspunkte, die bei Remote-I/O-Anlagen in explosionsgefährdeten Bereichen zu beachten sind

11 Funktionale Sicherheit Explosionsschutz Eigensicherheit Inhaltsverzeichnis Technologie Funktionale Sicherheit (SIL)....9 Risiko....9 Schutzmaßnahmen unterschiedlicher Ebenen...9 Technologie Risikoanalyse...9 Sicherheits-Integritätslevel (SIL)... 9 Low Demand- und High Demand-Modus... 9 PFD-Wert...9 SFF und HFT...9 Fehlerarten...9 Grundlagen Maßnahmen zur Erhöhung des SIL eines Sicherheitssystems...9 Fragen zu SIL...9 SIL in der Prozessautomatisierung...9 Zusammenfassung...9 Pepperl+Fuchs und SIL...97 Busunabhängige funktionale Sicherheit...98 Anwendungen 0

12 Grundlagen Bustechnologie Einführung Technologie Durch LB/FB Remote I/O werden eigensichere Eingänge und Ausgänge von Sensoren und Aktoren verschiedenen Bussen zugeführt, die nachstehend genannt werden. Sie nehmen Signale von NAMUR-Initiatoren oder mechanischen Kontakten entgegen und steuern IS-Leistungsspulen oder sogar Leistungsrelais mit erhöhter Sicherheit sowie akustische Signalgeber und Alarm-LEDs an. Sie versorgen ma... 0 ma Transmitter und nehmen Eingangssignale von 0 ma Stromquellen oder Temperaturfühlern entgegen. Sie steuern außerdem I/P-Wandler und Proportionalventile sowie Positionsgeber an. In Remote I/O-Modulen kommen verschiedene Bustechnologien zum Einsatz, um mit dem Master-PLS, der SPS oder dem SCADA-System zu kommunizieren. Die beliebtesten sind PROFIBUS, DP oder DP V MODBUS RTU FOUNDATION Fieldbus Ethernet per MODBUS TCP. Diese Busse setzen auf standardisierte Protokolle und standardisierte Physical Layers. Bei den PROFIBUS- und MODBUS-Protokollen kommt eine RS 8-Hardware zum Einsatz, während FOUNDATION Fieldbus mit einer Energieversorgung über den Bus arbeitet. MODBUS TCP setzt industrielle Ethernet-Technologien ein. Die Bustechnologie bietet gegenüber der konventionellen Technik folgende Vorteile: Einsparungen bei Verdrahtung, technischer Projektierung und Montagekosten Mehr Kontroll- und Diagnosefunktionen Fernzugriff auf HART-Feldgeräte Eignung für sichere und explosionsgefährdete Bereiche Sorgt dank Redundanz für eine hohe Verfügbarkeit Die folgenden Abschnitte bieten einen kurzen Einblick in die einzelnen Protokolle und Hardwareplattformen. Weitere Einzelheiten sind in der Literatur zu finden. PROFIBUS DP Mit Recht kann der PROFIBUS von sich behaupten, mit mehr als 0 Millionen Busteilnehmern der international erfolgreichste Feldbus zu sein. Ein geschirmtes Twisted-Pair-Kabel kann mehrere hundert Signale mit hoher Geschwindigkeit auf größere Entfernung übertragen. Tabelle, Mio. Bit/s 00 m 00 kbit/s 00 m 87, kbit/s 000 m 9,7 kbit/s 00 m 9, kbit/s 00 m 9, kbit/s 00 m Grundlagen Verhältnis zwischen Übertragungsgeschwindigkeit und Entfernung Es zeigt sich, dass sich die Entfernung mit der Übertragungsgeschwindigkeit ändert. Längere Strecken lassen sich mit Lichtleiterkabeln realisieren. Die RS 8-Hardwareleitung ist so aufgebaut, dass die Busteilnehmer parallel auf den Bus geschaltet werden. Am Anfang sowie am Ende der Leitung müssen Abschlusswiderstände an die Leitung angeschlossen werden. Diese müssen an eine -V-Quelle angelegt werden, die in der Regel vom ersten und letzten Teilnehmer des Busses zur Verfügung gestellt wird. Durch den Busabschluss werden Reflexionen verhindert, die die Binärsignale andernfalls stören und die Kommunikation sogar ganz unmöglich machen würden. Die RS 8-Architektur erlaubt keine Stichleitungen oder Chicken-Foot-Topologien, es sei denn, es werden Repeater am Anfang jedes Bussegments eingesetzt, um das Signal erneut zu generieren. Es dürfen nicht mehr als bis Repeater in Reihe geschaltet werden, um Zeitverzögerungen zu vermeiden, die eine Kommunikation ebenfalls unmöglich machen würden. Das PROFIBUS-Protokoll sieht Bytes für Eingangs- und Bytes für Ausgangsdaten vor. Es arbeitet nach dem Master-Slave-Prinzip, wobei der Master die Slaves der Reihe nach anspricht, um Daten mit ihnen auszutauschen. Ohne Repeater können maximal Slaves mit dem Bus verbunden werden. Da ein Remote I/O-Modul bis zu 80 analoge oder sogar 8 digitale Kanäle bietet, liegt die Zahl der Busteilnehmer häufig unter. Auf einer einzigen Busleitung ergeben sich dadurch aber immer noch etwa 800 analoge oder 000 Binärsignale bzw. Kombinationen aus beiden Signalvarianten. Insgesamt sorgen Hardware und Software gleichermaßen für einen sicheren Übertragungsweg für die Daten, sofern die Vorschriften für die Montage befolgt werden. Technologie Grundlagen Anwendungen Explosionsschutz Eigensicherheit Funktionale Sicherheit

13 Grundlagen Technologie Technologie Grundlagen Anwendungen PROFIBUS DP V Bei DP V handelt es sich um die weiterentwickelte Version des PROFIBUS unter Verwendung der selben Hardware. Dabei werden Lücken in der zyklischen DP-Kommunikation ausgenutzt. Er ist uneingeschränkt kompatibel zum PROFIBUS DP und kann denselben Weg zur Adressierung der gleichen Slaves über einen zweiten DP V Master, dem so genannten Class Master, nutzen. Die azyklischen Kommunikationsfunktionen werden häufig für die Konfiguration, Inbetriebnahme, Wartung oder für weitere Diagnosen verwendet. Mit geeigneten Feldgeräten erstreckt sich dies weiter auf das Asset Management und die HART-Kommunikation. PROFIBUS PA Der PROFIBUS PA ist wiederum uneingeschränkt kompatibel zum PROFIBUS DP und sendet seine Daten ebenfalls über dieselben Übertragungskanäle. An einer Stelle wird jedoch ein Messumformer oder Segmentkoppler eingesetzt, der den Ausgangspunkt für den busgespeisten PROFIBUS PA darstellt. Ursprünglich war dieser Bus als eigensichere Variante der Feldbusversion von PROFIBUS vorgesehen. Heute wird der PROFIBUS auch für nicht eigensichere Anwendungen eingesetzt. Im Gegensatz zu dem sehr schnellen PROFIBUS DP/DP V kommuniziert der PA-Bus nicht nur mit den Feldgeräten über ein geschirmtes Twisted-Pair-Kabel, sondern er stellt den Feldgeräten zugleich Energie zur Verfügung. Ethernet/TCP/IP Beim PROFIBUS PA ist die Verwendung von Stichleitungen und Chicken-Foot-Topologien erlaubt. Der PROFIBUS PA deckt bei, kbd eine maximale Entfernung von 900 m ab. Die Entfernung hängt größtenteils von der Busarchitektur und von der Anzahl der daran angeschlossenen Geräte ab. Theoretisch können Geräte an den Bus angeschlossen werden. In der Praxis überschreitet die Anzahl der Busteilnehmer die Zahl jedoch oft nicht, um eine vertretbare Buslänge zu erhalten. Wenn eine angemessene Kommunikationsgeschwindigkeit gewährleistet werden soll, ist die Anzahl der Geräte auch aufgrund des erheblichen Datenaufkommens der einzelnen Feldgeräten begrenzt. Weitere Einzelheiten finden Sie im Internet unter MODBUS RTU MODBUS nutzt dieselbe RS 8 Physical Layer wie PROFIBUS. Daher gelten hier dieselben Voraussetzungen im Hinblick auf die Leitungstopologie, den Busabschluss und die Buserweiterung. MODBUS RTU Remote I/O arbeiten mit 9, kbit/s oder 8, kbit/s und erlauben eine maximale Kabellänge von 00 m. Internet/Intranet Werksebene Buszykluszeit < 000 ms Explosionsschutz Eigensicherheit Funktionale Sicherheit Sicherer Bereich Class - Master Prozesssteuerung Ethernet R DP Management PROFIBUS DP Ethernet/TCP/IP DP- Master Gateway und PC/VME PROFIBUS PA Wartung Zellebene Buszykluszeit < 00 ms Feldebene Buszykluszeit < 0 ms Zone Div. Zone Abbildung Zone 0 Bustechnologie-Überblick

14 Technologie MODBUS arbeitet ebenfalls nach dem Master-Slave-Prinzip. Dabei adressiert das Master-PLS bzw. die SPS Register bzw. Spulen in den Slaves, um Daten auszutauschen. MODBUS ist ein vielfach bewährtes, offenes Protokoll, das von vielen Systemherstellern angeboten wird. Anders als bei PROFIBUS PA gibt es für MODBUS keine spezielle Feldbus-Variante. Weitere Einzelheiten finden Sie im Internet unter www. modbus.org. FOUNDATION Fieldbus Ebenso wie bei PROFIBUS PA gestattet auch die Physical Layer des FOUNDATION Fieldbus den Einsatz von Stichleitungen und Chicken-Foot-Topologien. Beide basieren auf der Norm IEC 8-. Der FOUNDATION Fieldbus deckt bei, kbd eine maximale Entfernung von 900 m ab. Die Entfernung hängt größtenteils von der Busarchitektur und von der Anzahl der daran angeschlossenen Geräte ab. Theoretisch können Geräte am Bus angeschlossen werden. In der Praxis überschreitet die Anzahl der Busteilnehmer die Zahl jedoch in der Regel nicht, um eine vertretbare Buslänge zu erhalten. Wenn eine angemessene Kommunikationsgeschwindigkeit gewährleistet werden soll, ist die Anzahl der Geräte auch aufgrund des erheblichen Datenaufkommens der einzelnen Feldgeräten begrenzt. Ein ausführlicheres Kapitel zum FOUNDATION Fieldbus ist in der Einleitung zu den Daten unserer FOUNDATION Fieldbus Modular I/O-Baugruppen zu finden. Weitere Einzelheiten finden Sie im Internet unter Ethernet/MODBUS TCP Bei MODBUS TCP wird eine industrielle Ethernet-Variante als Physical Layer benutzt. Zur Kommunikation dienen MODBUS Standard-Funktionsblöcke. Einfache Client/Server- Netzwerke auf Ethernet TCP/IP-Basis kommen zum Einsatz. Die Topologie ist mit Stern-, Baum- und Liniearvernetzungen sehr flexibel. Diese können ausnahmslos mittels Ethernet- Standardtechnologie realisiert werden, unter anderem mit Netzwerken und Switches. Es werden immer Punkt-zu-Punkt- Verbindungen eingesetzt. Im Gegensatz zu RS 8-Bussen gibt es keine Verkettungen von Busteilnehmern, die parallel auf den Bus geschaltet sind. Die Übertragungsgeschwindigkeit im Netzwerk variiert zwischen 0, 00 oder 000 Mbit/s und basiert wahlweise auf Kupferleitungen, Lichtleiter- oder drahtlosen Standards. Die verfügbaren Optionen werden in den Datenblättern zum LB/ FB Remote I/O Gateway aufgeführt. Die Anzahl der Busteilnehmer in einem Netzwerk ist nahezu unbegrenzt. Die Systemgeschwindigkeit insgesamt sollte allerdings dabei berücksichtigt werden. Die Entfernung zwischen den Teilnehmern in einem Netzwerk mit Kupferleitungen ist je nach Baudrate auf 00 m begrenzt. Mit Glasfasertechnik lassen sich Entfernungen von 000 m oder mehr bei hoher Geschwindigkeit überbrücken. Weitere Einzelheiten finden Sie im Internet unter www. modbus.org. Online-Konfiguration Allgemeines Die Online-Konfiguration gehört zu den Grundvoraussetzungen einer Prozessautomation und besagt, dass Änderungen an einem laufenden System jederzeit möglich sind. Das gilt auch für Bussysteme. PROFIBUS arbeitet nun mit festen Datenstrukturen. Nach jeder Veränderung der Datenstrukturen wird deshalb ein Reset veranlasst. Bei Feldgeräten kommt dies zwar nur selten vor, bei Remote I/O jedoch häufiger. Je nachdem, wie viele Daten übertragen werden sollen, und ob es sich um ein Eingangs- oder Ausgangsgerät handelt, arbeitet jedes Remote I/O-Modul mit seinem eigenen Datentelegramm. Jede Änderung, Ergänzung oder Entnahme eines Geräts würde unweigerlich zu einer Veränderung der Datenstruktur führen und folglich einen Reset provozieren. Ein PROFIBUS-Reset führt dazu, dass die Remote I/O-Daten gegen Null laufen, was bei bestimmten Prozessanwendungen eine verheerende Wirkung hat, wenn dies bei laufendem System geschieht. Aus diesem Grunde war es bei Remote I/O notwendig, Möglichkeiten zur Umgehung dieser Hürde zu entwickeln. Vorkonfiguration Eine Möglichkeit zum Verhindern eines Reset auf dem PROFIBUS besteht darin, ein Remote I/O-Modul in Bezug auf die anstehenden Aufgaben vorzukonfigurieren. Ein Eingangsoder Ausgangsgerät kann als passiv deklariert werden. Seine Datenstruktur bleibt dabei unverändert, enthält jedoch keine aussagekräftigen Informationen. Das Gerät muss nicht einmal eingebaut sein, sondern kann bei Bedarf auch später angeschafft werden. Der Vorteil dieser Vorgehensweise liegt ganz klar in der Tatsache, dass das Modul zu jeder Zeit aktiviert werden kann, ohne die Datenstruktur ändern zu müssen. Dadurch wird ein Reset des PROFIBUS verhindert. Online-Änderungen wären daher kein Problem. Die zukünftigen Anforderungen sind aber in einer Prozessanwendung oft noch nicht bekannt, und das vorkonfigurierte Gerät ist unter Umständen sogar das Falsche. So wäre ein vorkonfigurierter Analogeingang für den vielfach benötigten Binäreingang ziemlich nutzlos. Die Vorkonfiguration ist somit nicht unbedingt die bestmögliche Lösung für eine Online-Konfiguration. Hot Configuration in Run (HCiR) Grundlagen Ein weiteres Mittel, um zu verhindern, dass ein PROFIBUS- Reset eine unkontrollierte Reaktion der Signale hervorruft, besteht in der Einführung der HCiR-Lösung (Hot Configuration in Run). Hierbei werden die Ausgangsdaten während des PROFIBUS-Resetvorgangs eingefroren, um ein unnötiges Abschalten der Ventile zu vermeiden. Gleichzeitig muss verhindert werden, dass durch die Eingangsdaten zum System unerwünschte Reaktionen ausgelöst werden. Manche PLS-Systeme unterstützen diese Funktion, andere aber nicht. Technologie Grundlagen Anwendungen Explosionsschutz Eigensicherheit Funktionale Sicherheit

15 Grundlagen Technologie Technologie Grundlagen Anwendungen Explosionsschutz Eigensicherheit Funktionale Sicherheit In manchen Fällen reicht das alleine nicht aus. Eine Änderung der Remote I/O-Konfiguration macht eine Umkonfiguration des Master sowie des Slave erforderlich. Da es sich hierbei um einen manuellen Vorgang handelt, dauert es unter Umständen etwas länger. Und weil das Einfrieren eines technischen Prozesses in der Regel inakzeptabel ist, muss eine weitere Funktion eingeführt werden. Das Remote I/O-Gateway muss zwei Konfigurationsdatensätze speichern können - die gegenwärtig aktive und die zukünftige neue Konfiguration. Anschließend stellt ein Mechanismus sicher, dass die neue Slave-Konfiguration aktiv wird, nachdem die Master- Konfiguration geändert und übertragen wurde Manche PLS-Hersteller können dieses Verfahren anwenden, während andere ein Redundanzsystem benötigen, um diese Aufgabe zu bewerkstelligen. Configuration in Run (CiR) Als Alternative kann die CIR-Lösung ( Configuration in Run ) angesehen werden. Bei manchen Systemen wurde dies realisiert, indem eine leere Vorkonfiguration für die maximale Anzahl an Steckplätzen hinter das letzte aktive Modul in einem PROFIBUS-Slave eingesetzt wurde. Die Konfiguration dieser eingeschränkten Geräteanzahl kann auf die jeweils benötigten E/A-Module der Reihe nach später abgestimmt werden, ohne dass dadurch ein PROFIBUS-Reset ausgelöst wird. Pepperl+Fuchs hat diese Lösung noch weiter präzisiert, sodass eine beliebige Anzahl an Steckplätzen an beliebiger Stelle im Remote I/O online und jederzeit geändert werden kann. Erzielt wird dies durch eine Slave-Konfiguration mit so genannten Universalmodulen, die einfach die Datenstruktur aller E/A-Module abdecken. Wird nun ein neues Modul aktiviert, sind seine Datenstrukturen somit bereits an Ort und Stelle. Dabei kann es sich bei dem neuen Modul um ein Eingangs- oder Ausgangsgerät bzw. um ein analoges oder digitales Gerät handeln. Da dieses Verfahren auf die maximal benötigte Datenmenge pro Steckplatz setzt, wird dabei die volle Kapazität der PROFIBUS-Datenübertragung in Anspruch genommen. Es werden mehr Daten übertragen, als für eine feste Konfiguration notwendig ist (ein Eingangsgerät besitzt normalerweise keine Ausgangsdaten und umgekehrt). Dadurch ergeben sich geringe Einschränkungen im Hinblick auf die Höchstanzahl an installierbaren Kanälen. Universalmodule bieten dafür aber den großen Vorteil, dass ein verlässlicher Betrieb mit beliebigen PLS im Einzel- oder Redundanzbetrieb möglich ist. Dieser Ansatz kann mit der ursprünglichen Festkonfiguration pro Steckplatz kombiniert werden, die die vollständige Hardwarekapazität von 80 analogen oder 8 Binärkanälen bzw. eine Kombination daraus bietet. Autokonfiguration Remote I/O-Module arbeiten mit intelligenten Gateways oder Buskopplern. Sie verfügen über eine integrierte Geräteerkennung. Das Gateway kann feststellen, ob ein Modul im falschen Steckplatz angeschlossen ist. Gleichzeitig aktiviert es auch ein zulässiges Austauschgerät, ohne dass weitere Aktionen von der Benutzerseite aus erforderlich sind. Die E/A-Module besitzen weder Schalter noch Potentiometer. Beim Austausch eines E/A-Moduls übernimmt das neue Modul die Konfiguration des vorherigen (sofern derselbe Modultyp benutzt wird). Die Parametrierung findet nur einmal während der Inbetriebnahme statt, und die Parameter werden im nichtflüchtigen Speicher des Buskopplers gespeichert. Zudem kann ein Redundanzkoppler oder Gateway jederzeit und ohne Betriebsunterbrechung bei laufendem Betrieb ausgetauscht werden, sofern der neue Buskoppler dieselbe Hardware und Firmwareversion wie sein Vorgänger besitzt. Redundanz Mithilfe der Redundanz wird dafür gesorgt, dass eine Remote I/O-Station weiter arbeiten kann, auch wenn in einem Master, auf einer Busleitung oder in einer Stromversorgung ein Fehler auftritt. Diese Redundanz ist bei den LB/FB Remote I/O-Module gegeben. Redundanzfunktionen werden bei allen namhaften Prozessleitsystemen erfolgreich eingesetzt. Intern wird die hohe Verfügbarkeit durch Segmentierung und redundanten Zugriff auf die einzelnen Module durch Gateways bzw. Buskoppler erzielt. Gateway-Redundanz wird dadurch erreicht, das zwei identische Geräte mit dem Master verbunden werden. Eine Standby-Stromversorgung stellt die redundante mit Energie sicher und durch zwei Busleitungen ist es möglich, von höherer Leitebene aus auf den redundanten Bus umzuschalten, falls die erste Leitung ausfällt. Medienredundanz Eine Remote-I/O-Station (Slave) ist mit zwei Redundanzkopplern bzw. Gateways ausgestattet. Der Bus ist ebenfalls redundant, was manchmal auch als Medienredundanz bezeichnet wird. Der Master eines Medienredundanzsystems ist in der Regel ein nichtredundanter Einzel-Master, der mittels elektronischem Schalter oder zweier Repeater den redundanten Slave anspricht. Dieser redundante Aufbau kann deshalb auch für die meisten PLSoder SPS-Systeme verwendet werden, denn der Master findet den Slave unter einer bestimmten Adresse, ohne zu wissen, dass es sich um das Redundanzgerät handelt. SPS Abbildung Master Voter Bus Redundanter Bus Slave Redundanter Slave E/A- Modul Redundante Prinzip der Medienredundanz: ein Master kommuniziert über einen Voter mit redundanten Slaves Auf dem Backplane-internen Bus ist nur ein Buskoppler aktiv mit dem Master verbunden und entsprechend zum Schalten von Ausgängen befugt. Der passive Buskoppler liest ununterbrochen sowohl den Datenverkehr auf dem internen Bus als auch die Daten vom benachbarten (aktiven) Buskoppler aus. Bei Austausch eines Buskopplers durch einen anderen zwecks Medienredundanz übernimmt er automatisch die Konfiguration des ersten Buskopplers.

16 Technologie Grundlagen Bei der Medienredundanz tauscht der gegenwärtig aktive Buskoppler Lese- und Schreibdaten mit dem Master aus. Das geschieht unabhängig davon, welche der beiden Busleitungen gerade benutzt wird. Auf diese Weise wird auch dann die Master/Slave-Kommunikation sichergestellt, wenn mehrere Buskoppler in verschiedenen Stationen ausfallen. Im folgenden Diagramm wird das Prinzip der erweiterten Medienredundanz veranschaulicht. SPS Abbildung Master Redundanter Master Voter Voter Bus Redundanter Bus Slave Redundanter Slave E/A- Modul Redundante Prinzip der erweiterten Medienredundanz: PLS mit redundantem Master, der über zwei Voter oder vier Repeater mit den redundanten Slaves kommuniziert Redundante Remote I/O für nichtredundante PROFIBUS-Hosts Zwar bieten manche PLS-Hersteller noch keine redundanten PROFIBUS-Karten, eine Redundanz ist aber dennoch möglich. Für diese Anwendungen gibt es verschiedene Möglichkeiten. In beiden Fällen sind unsere Buskoppler auf Medienredundanzmodus eingestellt. Das bedeutet, dass nur der aktive Buskoppler mit dem PROFIBUS-Master kommuniziert und sich der passive Buskoppler im Standbymodus befindet und sich zur Übernahme der Kommunikation bereit hält. Aufgrund der Sperrung der Ausgangstreiber im passiven Modus treten durch die beiden Buskoppler auch keine Telegramm-Kollisionen auf. Generell ist diese Form der Medienredundanz für die PROFIBUS-Masteranwendung absolut transparent. Aus Sicht des PROFIBUS-Master wird nur ein PROFIBUS-Gerät gefunden, obwohl es aus zwei Buskopplern besteht. Die Diagnosedaten des passiven Buskopplers werden über den aktiven Buskoppler übertragen. Alle Diagnosemeldungen, die mit Red.Com beginnen, stammen vom passiven Buskoppler und werden über eine interne Kommunikationsverbindung zwischen den Buskopplern ausgetauscht. Redundanzoption Eine höhere Verfügbarkeit und elektrische Trennung der beiden Busleitungen lässt sich mit einem PROFIBUS-Voter wie dem RLM 0 (Redundancy Link Module) von ABB erreichen. Dies ist direkt mit dem nichtredundanten Master DP-Interface und beiden PROFIBUS-Leitungen verbunden, die zur Feldebene führen (siehe Abbildung, A = aktiv, P = passiv). Abbildung PLS Voter Medienredundanz mittels Voter Remote I/O A P Remote I/O T T P A Der Voter verfügt über Redundanzklemmen für den -V-Anschluss und über einen Relaisausgang, über den sich Leitungsfehler feststellen lassen. Aufgrund der Tatsache, dass auf beiden PROFIBUS-Leitungen unter Umständen Buskoppler aktiv sind, kommuniziert der Voter auf beiden Feldbusleitungen. Fällt ein Gateway oder eine Busleitung aus, behält die Master-PLS über die redundante Leitung weiterhin den Zugriff auf den Remote I/O-Slave. Redundanzoption Bei manchen Anwendungen ist der Einsatz eines Voters wie bei der vorherigen Alternative vielleicht nicht angebracht. Als Argument kann angeführt werden, dass der Voter in einem redundanten System einen einzelnen Ausfallpunkt darstellt. In diesem Fall kann das LB/FB Remote I/O-Modul wiederum im Medienredundanzmodus verwendet, und für jede Leitung können PROFIBUS Standardrepeater ergänzt werden. Die Buskoppler selbst verhindern Telegramm-Kollisionen auf dem Bus. Die intelligenten PROFIBUS-Repeater ermöglichen den Aufbau einer alternativen Netzwerkredundanz (siehe Abbildung, A = aktiv, P = passiv). Sie arbeiten mit einer Telegramm-Erkennung, um zu entscheiden, ob die Telegramme auf dem Bus gültig sind. Fällt ein Gateway, eine Busleitung oder ein Repeater aus, hat das Master-PLS stets noch über die Redundanzleitung Zugriff auf die Remote I/O-Module. Der Repeater lässt sich durch eine Lichtleiterverbindung ersetzen. Abbildung PLS Repeater Repeater Medienredundanz ohne Voter Anwendungsredundanz Remote I/O A P Remote I/O Eine Remote-I/O-Station (Slave) enthält zwei redundante Buskoppler bzw. Gateways. Der Bus ist ebenfalls redundant. Der Master eines redundanten Anwendungssystems ist ein Redundanz-Master, der mithilfe von Anwendungssoftware die Busleitungen zur Adressierung der redundanten Slaves schaltet. Diese Art der Redundanz kann daher nur bei PLSoder SPS-Systemen verwendet werden, bei denen der Master technisch in der Lage ist, diese Aufgabe zu erledigen. Die Buskoppler können über einen Befehl vom Master oder mithilfe einer automatischen und von den Buskopplern selbst ausgelösten Aktion umgeschaltet werden. Das geschieht, wenn entweder der Master oder ein Slave einen Ausfall auf der Busleitung oder in einem der redundanten Master oder Slaves feststellt. Beide Buskoppler sind auf den beiden externen Bussen aktiv. Auf dem internen Bus ist nur ein Buskoppler aktiv, und nur diesem ist es gestattet, die Ausgänge zu schalten. Im Falle eines Redundanzschalters wird die gesamte Busleitung zur Leitung mit dem aktiven Buskoppler umgeschaltet. T T P A Technologie Grundlagen Anwendungen Explosionsschutz Eigensicherheit Funktionale Sicherheit

17 Grundlagen Technologie Technologie Grundlagen Anwendungen Explosionsschutz Eigensicherheit Funktionale Sicherheit Gleichzeitig werden alle Buskoppler auf dieser Busleitung zu den aktiven Buskopplern und erhalten Zugriff auf den internen Bus der Feldstationen. Die gestörte Busleitung bzw. der Buskoppler muss dann möglichst bald repariert werden, weil ein weiterer Ausfall auf der Busleitung, die nun aktiv ist, das System gefährden würde. SPS Abbildung SPS Abbildung 7 Master Redundanter Master Bus Standby-Bus Slave Redundanter Slave E/A- Modul Redundante Prinzip der Applikationsredundanz: der redundante Master der PLS kommuniziert mit den Redundanzstationen über den redundanten Bus Master Redundanter Master Bus Redundanter Bus B R K K B K B R K K Bus nach der Redundanzumschaltung mit aktivierten Redundanzkopplern (RK). Ausgefallener erster Buskoppler X Master-Redundanz Anwendungsredundanz funktioniert also mit Redundanz- Mastern. Die Funktion hängt demnach davon ab, ob das Master-PLS diese Redundanz auch anbietet. Pepperl+Fuchs bietet bewährte Lösungen für mehrere PLS-Hersteller sowohl für PROFIBUS- als auch für MODBUS-Systeme. Neue Anwendungen können entwickelt und in unseren Labors getestet werden. Interne Backplane-Redundanz Die Remote I/O-Backplanes sind für den Einsatz in Redundanzsystemen vorgesehen. Die Redundanzkoppler steuern die E/A-Module über einen internen Bus, wobei jeder Buskoppler zwei Möglichkeiten hat, um ein Modul zu erreichen. Für diesen Zweck sind Redundanzselektoren (SE) gedacht. Darüber hinaus ist die Backplane in sechs Segmente für LB und vier Segmente für FB unterteilt. Die 8 E/A-Steckplätze werden somit über zwei Redundanzselektoren für jedes Segment adressiert. B K R K x 8x Netzteilredundanz Zwei LB900 Netzteile reichen aus, um die gesamte Backplane und die Redundanzkoppler mit Energie zu versorgen. Das dritte Netzteil arbeitet im Standbymodus, damit bei einem Netzteilausfall keine Unterbrechungen entstehen. Eine Diagnosemeldung teilt dem Prozessleitsystem den Ausfall mit. FB Remote I/O-Module für Zone bieten auch eine Netzteilredundanz mit Redundanzkopplern. Dabei sind zwei Netzteile jeweils mit einem Buskoppler verbunden. Fällt ein Netzteil in der Basiseinheit aus, wird übergangslos auf den Redundanzkoppler und das Redundanznetzteil umgeschaltet. Modulredundanz Manchmal wird eine Modulredundanz gewünscht, was mit der Absicht verbunden ist, Mehrkanalmodule in Betrieb zu halten, auch wenn eines davon ausfällt. Besonders nachvollziehbar ist dieser Wunsch vor dem Hintergrund, dass der Austausch einer Mehrkanalkarte die Abschaltung mehrerer Stromkreise zur Folge hätte. Die Eigensicherheit eignet sich allerdings in dieser Hinsicht nicht so gut. Das hängt mit den Strom- und Spannungsbegrenzungen zusammen, die Voraussetzungen für diese Zündschutzart sind. Ein paralleler Betrieb eigensicherer Kanäle hätte in Bezug auf die ursprüngliche Absicht eine eher kontraproduktive Wirkung. Aus diesem Grund hat Pepperl+Fuchs einkanalige Module mit hoher Integrität entwickelt, die dafür sorgen, dass sich ein Ausfall auf nicht mehr als einen Stromkreis auswirken kann. Für möglichst wirtschaftliche Lösungen lassen sich einkanalige Geräte direkt neben mehrkanaligen Geräten einsetzen. SE SE SE SE Abbildung 8 Redundanzselektoren pro Buskoppler für jedes Segment der E/A-Module

18 Technologie Planungsleitlinien Die folgenden Punkte sollten bei der Planung eines Systems berücksichtigt werden. Die maximale Anzahl an Slaves pro RS 8-Bus ohne Repeater ist auf beschränkt. Eine Mischung aus Modulen mit einfacher und doppelter Breite ist möglich. Zubehör wie etwa Schraub- oder Federklemmen müssen für jedes Modul je nach Bedarf ergänzt werden. Erweiterungseinheiten werden zusammen mit den Standardkabeln geliefert, um den Anschluss an die Basiseinheit zu ermöglichen und ebenso die Verbindung zum Gateway herzustellen. In laufenden Systemen können Sie: Module ein- oder ausbauen, ohne die Übrigen zu beeinträchtigen Eigensichere E/A-Kanäle anschließen oder abklemmen, ohne die übrigen Kanäle zu beeinträchtigen Bei, kbit/s beträgt die maximale Entfernung zwischen Master und Buskopplern in Zone oder Zone 00 m, wenn geschirmte Kupferleitungen benutzt werden. Bei 87, kbit/s erhöht sich der Wert auf 000 m, und mit Glasfaserleitungen lässt sich die Entfernung bis auf km bei, kbit/s steigern. Busabschluss Der Bus muss an beiden Enden mit einem Abschlusswiderstand versehen werden, ganz besonders der letzte Slave in der Gerätekette. Für Zone LB kann dazu ein Sub-D-Steckverbinder mit eingebautem Abschlusswiderstand verwendet werden. Für Zone FB ist hierfür ein spezielles Busabschlussmodul erhältlich. Umgehäuse Die Vorschriften für sichere Bereiche müssen geprüft und deren Einhaltung von den Schaltschrankherstellern (IP0 erforderlich) nachgewiesen werden. Die Vorschriften für die Sicherheit in Zone werden von Pepperl+Fuchs überprüft und zertifiziert (IP mit Zulassung für Zone erforderlich). Die Vorschriften für die Sicherheit in Zone werden von Pepperl+Fuchs überprüft und zertifiziert (IP mit Zulassung für Zone erforderlich). In entflammbaren Staubatmosphären ist für geeignete Umgehäuse ein Mindestschutz von IP erforderlich. Pepperl+Fuchs bietet verschiedene Umgehäuse und Schaltschranklösungen an, die auf den Bedarf des Kunden abgestimmt werden können. Leistungsaufnahme Schaltschränke, die bei einer Umgebungstemperatur von maximal 0 C aufgestellt werden, dürfen mit Geräten ausgestattet werden, bis die in der umseitigen Tabelle genannten Gesamtwerte für die Leistungsaufnahme erreicht sind. Bei der maximalen Leistungsaufnahme wird davon ausgegangen, dass bei 0 C Außentemperatur am Schaltschrank eine Innentemperatur von 0 C erreicht wird. Der Gesamtverbrauch muss die Remote I/O-Module und die Verbraucher im Schaltschrank enthalten. Faustregel Schlimmstenfalls können Sie davon ausgehen, dass analoge Ausgänge in einem Schaltschrank die größte Wärmeleistung hervorrufen. Andere Geräte übertragen ihre Leistung größtenteils an Verbraucher außerhalb des Schranks, so dass sich eine einfache Faustregel aufstellen lässt. Es sind 80 pro Remote I/O gestattet, sodass 0 Module jeweils W Wärme abgeben. Pro Remote I/O werden demnach 0 W verbraucht. Geht man von einem Wirkungsgrad von 0,8 aus, ergeben sich pro Slave insgesamt 7 W Leistung. Ausgehend von den schwerwiegendsten Bedingungen der umseitigen Tabellenangaben über die zulässige Wärmeabgabe innerhalb eines Schaltschranks gestattet ein einseitig 800 mm breiter Schaltschrank mit einer Wärmeabgabe im Innern von 8 W den Einbau von Slaves. Mechanisch bietet sich bei einem Schaltschrank, der nur von vorne zugänglich ist, Platz für maximal Slaves. Bei jedem Slave wird davon ausgegangen, dass er aus einer Basiseinheit und einer Erweiterungs-Backplane besteht. Einschränkungen Grundlagen Die Leistungsaufnahme der Module kann den einzelnen Datenblättern entnommen werden. Die Netzteildaten werden nicht aufgeführt, da folgende einfache Regeln zu befolgen sind. Die Netzteile nicht bis zu ihrer maximalen Kapazität belasten. Immer innerhalb gewisser Leistungsgrenzen bleiben, die in der Anleitung genannt werden. Für nicht redundante Systeme zwei LB900 Zone Netzteile pro Backplane und drei für redundante Systeme verwenden. Ein FB9** Zone Netzteil pro Backplane und ein separates für einen redundanten Slave verwenden. Maximal 0 analoge Kanäle pro Basis-Backplane und maximal 0 weitere in der Erweiterungseinheit verwenden. Maximal 0 Module vom Typ *0 pro Basis-Backplane und maximal 0 weitere in der Erweiterungseinheit verwenden. Leistungsverstärkung für vom Typ *0 bis * verwenden. Wenn die angegebene Maximalbestückung erreicht ist, keine weiteren Geräte mehr verbauen. Alle übrigen Kombinationen sind gestattet. Denken Sie daran, dass für Einbauten in Zone und Zone besondere Bedingungen gelten. Diese werden automatisch von unseren ATEX-geprüften Werken eingehalten. Anlagenhersteller müssen ihre eigenen Nachweise einholen, die unseren Zertifikaten PTB 97 ATEX 07 für Zone sowie PF 08 CERT für Zone entsprechen. Technologie Grundlagen Anwendungen Explosionsschutz Eigensicherheit Funktionale Sicherheit 7

19 Technologie Baugruppentyp für Nicht-Ex-Bereiche Einzelgehäuse, auf allen Seiten freistehend Funktionale Sicherheit Grundlagen Technologie Erstes oder letztes Umgehäuse eines Sets, freistehend 800 x 00 x 00 mm (B x H x T) 000 x 00 x 00 mm (B x H x T) W W 90 W 8 W Grundlagen Umgehäuse innerhalb eines Sets, freistehend W W Einzelgehäuse für Wandmontage W 8 W Anwendungen Erstes oder letztes Umgehäuse in einem Set zur Wandmontage Umgehäuse innerhalb eines Sets zur Wandmontage 9 W 9 W 8 W 8 W Explosionsschutz Eigensicherheit Tabelle Gesamtleistungsaufnahme der Umgehäuse abhängig von der Art der Nicht-Ex-Baugruppe Schaltschränke, die bei einer Umgebungstemperatur von maximal 0 C aufgestellt werden, dürfen mit Geräten ausgestattet werden, bis die in der obigen Tabelle genannten Gesamtwerte für die Leistungsaufnahme erreicht sind. Die Temperatur im Umgehäuseinnern erreicht dann 0 C. 8

20 Technologie Systemintegration und Life Cycle Management Die Systemintegration ist zu einem leicht handhabbaren und praxisbewährten Teil der Remote I/O-Technik in der Prozessautomation geworden. Bester Beweis dafür sind die vielen hunderttausend Module, die in Prozessleitsystemen aller namhaften PLS-Hersteller zum Einsatz kommen. Systempartner LB Remote I/O für die Zone und den sicheren Bereich sowie FB Remote I/O für die Montage in Zone sind in alle wichtigen Prozessleitsysteme und SPS integriert. Funktionale Gewissheit Funktionale Gewissheit lässt sich folgendermaßen vermitteln: Schriftliche und mündliche Absprachen mit Systemherstellern, die eine beiderseitige Betreuung im Verlauf des Lebenszyklus einer Anlage anbieten Enge Zusammenarbeit mit Projektierungsunternehmen Zertifizierte Konfigurationssoftware wie etwa DTM oder EDDL Enge Zusammenarbeit mit anerkannten, unabhängigen Testlabors, z. B. BIS Prozesstechnik GmbH oder Dietz Automation GmbH und IFAK System GmbH Zur Durchführung von Dauerintegrationstests pflegen wir in unseren Labors wichtige Prozessleitsysteme. Sichere und einfache Systemintegration Es bestehen praxisbewährte Verbindungen zu Master- Prozessleitsystemen oder SPS-Systemen. Die Standardbusse lassen sich im Betriebsumfeld verschiedener Prozessleitsysteme einsetzen und werden nicht von Betriebssystemen oder Systemrelease-Änderungen beeinflusst. Mit der technischen Projektierungsumgebung des Prozessleitsystems konfigurieren, bearbeiten, parametrieren und diagnostizieren. Einhaltung der NE0 sichere Systemintegration auch nach einem Update. Integrationtests vor Updates und Versionswechseln. Remote I/O-Module bleiben auch nach System-Updates kompatibel. Die Systemkontinuität wird nach Remote I/O-Updates unterstützt. Weitere Tools werden angeboten, jedoch sind sie nicht erforderlich. Produkt Life Cycle Management Seit über 0 Jahren bewähren sich Remote I/O-Geräte von Pepperl+Fuchs im technischen Einsatz Tag für Tag. Durch ununterbrochene Weiterentwicklung werden sie stets auf dem neuesten Stand gehalten. Nicht nur in der chemischen, sondern auch in der petrochemischen und Arzneimittelindustrie und im Bereich Öl und Gas erwarten Kunden nach der Inbetriebnahme, dass ihre Anlagen 0 bis Jahre lang zuverlässig arbeiten. Das wird durch folgende Maßnahmen ermöglicht. Life Cycle Verträge mit bedeutenden Systemlieferanten, z. B. ABB und Andere. Life Cycle Serviceverträge auf Projektbasis. Pepperl+Fuchs liefert über die gesamte Lebensdauer einer Anlage hinweg kompatible Produkte. Kundenbetreuung vom Consulting bis zum Engineering, von der Unterstützung bei der Inbetriebnahme bis zum Kundendienst Verträge und Vereinbarungen mit Systemherstellern stellen die Interoperabilität sicher. Laufende Entwicklung kompatibler Produkte, um sicher zu stellen, dass diese die neuesten Standards und Vorschriften erfüllen Pepperl+Fuchs ist ein aktives Mitglied in internationalen Arbeitsgruppen, wie etwa PNO, FDT Group, Fieldbus Foundation und HART Communication Foundation. Wir sind außerdem im Gremium des PACTware TM Konsortiums vertreten. Internationaler Service Grundlagen Pepperl+Fuchs ist mit rund 000 Mitarbeitern weltweit präsent. Geschulte Kundendiensttechniker und Berater sind in allen wichtigen Märkten zur Stelle. Lokaler Service, weltweit Unterstützung bei der Inbetriebnahme Schneller Fern-Service über PC Anywhere Telefonische Hilfestellung Persönlicher Vor-Ort-Service Schulungen nach Bedarf Technologie Grundlagen Anwendungen Explosionsschutz Eigensicherheit Funktionale Sicherheit 9