4 Remote I/O. Remote I/O System Allgemeines

Transkript

1 4 Remote I/O 03480E00 IS1 ist außergewöhnlich einfach anzuwenden: Ein CPU & Power Modul und mehrere Input/Output Module werden auf die BusRail (35 mm DIN Schiene) geschnappt. Das einzigartige, speziell für explosionsgefährdete Bereiche entwickelte Stromversorgungskonzept macht die Planung des Systems so einfach wie bei normalen industriellen I/O Systemen. IS1 ist besonders flexibel: Einsetzbar für kleine und große Signalmengen mit der Möglichkeit, Feldstationen in der Zone 1 / Division 1 oder Zone 2 / Division 2 zu installieren. Die Aufstellung in Schalträumen ist ebenso möglich. Ein eigensicherer Feldbus in Kupferleiter- oder Lichtwellenleiter-Technik verbindet Feldstationen in Zone 1 / Division 1 mit den Automatisierungsgeräten. Das System ist vollständig HART-transparent. Modulares für 35 mm DIN-Schienen- Montage Ein- und Ausgänge eigensicher Ex ia IIC oder Ex e oder Ex na/nl Feldbus-Kommunikation: Modbus RTU, Profibus DP V0 und DP V1 HART, Industrial Ethernet Hot swap für alle Module Vollredundanz (viele Leitsysteme) oder Leitungsredundanz (alle Leitsysteme) Option ServiceBus zur Parametrierung, Fehlerdiagnose und für HART Kommunikation Anschluss an Asset Management Systeme über DTM oder EDD Feldgehäuse in vielen Ausführungen, frei projektierbar Installation in Zone 1 / Division 1 oder Zone 2 / Division 2 Zone 21 und Zone 22 Sicheren Bereichen Zonen Ex i Schnittstelle X X X X X X Installation in X X X X IS1 ist enorm wirtschaftlich: Module mit 8 oder 16 Eingängen senken den Preis je Signal. Der optionale ServiceBus in Verbindung mit der Software "IS Wizard" oder einem Asset Management System verkürzt die Zeit für Inbetriebnahme, Fehlersuche und Wartung. 4/1

2 4 Übersicht der Systemkomponenten Remote I/O Strukturen für die Zone 1 bzw. Div. 1 Installation: Anbindung über Ex i Profibus DP Anbindung über Ex op is Ethernet und Modbus TCP Anscluss konventioneller und HART - fähiger Feldgeräte Serviceschnittstellen via ServiceBus und R. STAHL IS Wizard; über Profibus DP V1 HART, wahlweise mit xepi Interface (Trebing & Himstedt) an Ethernet oder direkt über Ethernet E00 4/2

3 4 Systembeschreibung CPU & Power Modul I/O Module Mit dem System IS1 steht ein modernes, kostengünstiges und flexibles Remote I/O-System zur Verfügung, das mit seinen eigensicheren Ein- und Ausgängen zur direkten Installation in Ex-Bereichen geeignet ist. Das einheitliche Systemkonzept ermöglicht die Installation in Zone 1 / Division 1, Zone 2 / Division 2, Zone 21, Zone 22 und im sicheren Bereich. Eingänge und Ausgänge sind optimiert für die in der Verfahrenstechnik eingesetzten Sensoren und Aktoren. steckbare Klemmen BusRail 05855E01 Die Integration unterschiedlicher Feldbusse erlaubt die digitale Kommunikation mit vielen Automatisierungssystemen. IS1 besteht aus 3 Komponenten: BusRail für den internen Bus und die Stromversorgung der I/O Module CPU & Power Module für die Feldbus-Kommunikation und Stromversorgung I/O Module für die Ein- und Ausgabe von Prozess-Signalen Ausbau einer Feldstation Schienensegment I Die I/O Module haben 4, 6, 8 oder 16 Kanäle und können an jeden beliebigen Platz der BusRail gesteckt werden. Die Adressvergabe erfolgt automatisch. Eine BusRail kann mechanisch auf mehrere Schienensegmente verteilt werden. Die einzelnen Segmente werden über ein Kabel verbunden. Verbindungskabel Ein umfangreiches Spektrum unterschiedlichster Feldgehäuse ermöglicht die Anpassung an die mechanischen Gegebenheiten einer Anwendung. Schienensegment II 09864E01 Interner Bus CPU & Power Modul I/O Module Über den internen Bus werden Daten zwischen dem CPU & Power Modul und den I/O Modulen ausgetauscht. Er ist Bestandteil der BusRail. Die I/O Module werden am internen Bus über den Steckplatz auf der BusRail adressiert, so dass eine Adresseinstellung nicht notwendig ist. Der interne Bus in der BusRail ist in allen Modulen redundant ausgeführt, so dass auch bei einem Fehler die Kommunikation zwischen den Modulen sichergestellt ist. BusRail Interner Bus Redundanter interner Bus 05856E01 4/3

4 4 Redundanz Die hohe Systemverfügbarkeit, die für Anwendungen in der Prozessindustrie gefordert wird, ist durch ein bewährtes Redundanzkonzept sichergestellt. Unterschiedliche Redundanzstufen ermöglichen die Anpassung an die Verfügbarkeitsanforderungen des Anwenders: Redundanz der Feldbuskabel (Leitungsredundanz) Redundanz für CPU & Power Modul (Vollredundanz) Der interne Bus einer IS1 Feldstation ist immer redundant aufgebaut. redundantes CPU & Power Modul redundantes Feldbuskabel 07670E E01 Leitungsredundanz Vollredundanz Hot Swap Feldbusstecker CPU & Power Modul I/O Modul Alle Module des IS1 Systems sind während des Betriebs der Stationen austauschbar. Dies gilt auch für das Zone 1 CPU & Power Modul. Die I/O Module sind für den Anschluss der Feldkabel mit steckbaren Klemmen versehen, so dass bei einem Modulwechsel die Feldverdrahtung nicht gelöst werden muss. steckbare Klemmen BusRail Steckplatz BusRail 05858E01 Beim Wechsel eines I/O Moduls werden vom CPU & Power Modul automatisch: Typ und Version des neuen I/O Moduls geprüft der aktuelle Parametersatz in das neue I/O Modul geladen das neue Modul gestartet Bei Einsatz des Profibus DP kann auch das CPU & Power Modul gewechselt werden: Nur die Feldbus-Adresse muss eingestellt werden Alle Konfigurationsdaten und Parameter für die Feldstation werden vom Master über den Profibus DP in das neue CPU & Power Modul geladen. 4/4

5 4 Feldbus Der Feldbus stellt die Verbindung her zwischen CPU & Power Modul und dem Automatisierungs-System. Über den Feldbus werden die Ein- und Ausgangsdaten zwischen den Feldstationen und den Automatisierungsgeräten ausgetauscht. Anschließbare Feldbusse: Profibus DP V0 und DP V1 HART, bis 1,5 MBit / s Modbus RTU, bis 38,4 kbit / s Industrial Ethernet / Modbus TCP Je nach Funktionalität des Feldbusses werden folgende Funktionen unterstützt: IS1 Feldstation konfigurieren oder Konfiguration rücklesen Module mit Parametern laden Ein- und Ausgabedaten lesen und schreiben Alarme und Diagnosedaten einer Feldstation lesen HART Kommandos von/zu Feldgeräten übertragen, HART Prozesswert (PV1) und Nebenvariable (PV2, PV3, PV4) lesen Für Feldstationen in Zone 1 oder Division 1 wird der Feldbus eigensicher betrieben. Ein Feldbus-Trennübertrager stellt dabei die Eigensicherheit eines Feldbus-Segments sicher. Mehrere Feldbus-Trennübertrager lassen sich als Repeater an den nicht eigensicheren Feldbus anschließen. Bei Ethernet-Systemen kommt ein entsprechender Switch zum Einsatz. An ein eigensicheres RS 485-IS Segment können maximal 31 Feldstationen angeschlossen werden (Zone 1 / Division 1). An den nicht eigensicheren RS 485 Feldbus können maximal 32 Geräte (SPS, Feldbus-Trennübertrager, Feldstationen) angeschlossen werden (Zone 2 / Division 2 oder Sicherer Bereich). Die Anzahl adressierbarer Feldstationen ist vom Feldbusprotokoll abhängig (z. B. bis 126 bei Profibus DP). Warte SPS / PLS SPS / PLS SPS / PLS RS 485 RS 485 RS 485 Feldbus- Trennübertrager 9185 LWL- Feldbus- Trennübertrager 9186/.5 Zone 2 Primär Redundant (Option) RS 485-IS IS1 Feldstationen Zone 2 Lichtwellenleiter Ex op is Kupferkabel LWL- Feldbus- Trennübertrager 9186/12 RS 485-IS Zone 1 IS1 Feldstationen Zone E01 4/5

6 4 Service Bus Das CPU & Power Modul verfügt neben dem Feldbus-Anschluss zusätzlich über eine Schnittstelle für den ServiceBus. Bis zu 128 Feldstationen können über den ServiceBus miteinander vernetzt werden. Das Netz ist so aufgebaut, dass auch bei Ausfall einer Feldstation die Datenübertragung von und zu den übrigen Feldstationen gesichert ist. Bei Einsatz in Zone 1 / Division 1 werden die Daten über ein gemeinsames Kabel in den sicheren Bereich übertragen. Der sich im sicheren Bereich befindende Feldbus-Trennübertrager dient als Schnittstelle zwischen RS 485 Ex i und RS 232 / RS 485 Signalen. Asset Management und HART Der Prozesswert eines HART Feldgeräts wird immer analog mit den ma Signal übertragen. Außerdem können der Prozesswert (PV1) und die Nebenvariablen (PV2, PV3 und PV4) als Fließkommazahl (4 Byte IEEE floating point format) von den HART I/O Modulen gelesen und in den zyklischen Datenaustausch (Profibus DP V0) zum Automatisierungssystem übertragen werden. Für den Austausch von HART Kommandos zwischen einer Engineering Station verhält sich die IS1 Feldstation transparent. Die Übertragung der HART Kommandos erfolgt entweder über den ServiceBus oder über den Feldbus (Profibus DP V1 HART, Modbus RTU, Ethernet / Modbus TCP). 1 Am ServiceBus können die folgenden Software-Pakete betrieben werden (die Treiber sind integriert): Cornerstone von ASTEC AMS von Emerson Fieldcare von Endress + Hauser PDM von Siemens PRM von Yokogawa (ab PRM-Version ) FDM von Honeywell 2 Direkt am Profibus können betrieben werden: PDM von Siemens; hierfür ist eine EDD lieferbar AMS von Emerson (ab AMS-Version 6.1) alle auf FDT / DTM basierenden Software-Pakete, z.b. Pactware, Fieldcare von Endress + Hauser, u.a.; hierfür ist ein DTM für IS1 lieferbar. 3 Über ein Gateway und Ethernet können betrieben werden: AMS; hierfür ist das Ethernet-Profibus-Interface von Trebing & Himstedt erforderlich (z.b. xepi) andere Software-Pakete und Gateways mit Anschlussmöglichkeiten an Profibus DP V1 HART 4 Über den Controller eines Automatisierungssystems (SPS, PLS) und den Systembus können betrieben werden: PDM; hierfür sind routing-fähige Komponenten im Automatisierungs-System erforderlich; eine EDD ist lieferbar andere auf Anfrage Warte RS 232 RS 485 Ethernet Ethernet Ethernet Profibus Gateway SPS PLS Profibus DP V1 HART Feldbus- Trennübertrager 9185 Feldbus- Trennübertrager 9185 ServiceBus RS 485-IS Profibus DP V1 HART RS 485-IS IS1 Feldstationen Zone 1 Feldgeräte 09896E01 4/6

7 4 Anwendungsbeispiele Kombination elektrischer und pneumatischer Signale Eigensichere Magnetventile mit Remote I/O in einer Zone 1 Feldstation Direkte Ansteuerung der Ex i Magnetventile durch Digital Output Module IS1 Einsparungen bei der Verkabelung und beim Platzbedarf Kommunikation mit dem Leitsystem über Profibus DP (RS 485-IS) Ladearmsteuerung für Chemie-, Öl- und Gastankschiffe 11672E00 Branche: Ex-Bereich: Installation: Maschinen- und Anlagenbau Zone 1 Schiffsanleger Hochseehafen STAHL-Komponenten: Befehls- und Meldegeräte, Ex i Leuchtmelder Drucktaster mit Kontaktelementen Reihe 8082 Steuerschalter Reihen 8008/8006 Besonderheiten und Vorteile: Redundante IS1-Stationen an redundanter Siemens SPS S7 Ansteuerung von Sensoren und der Befehls- und Meldegeräte über IS1 alle Funktionen in einem kompakten Gehäuse Hydraulikmotor-, Ventil- und Funkfernsteuerung im Ex d-gehäuse Reihe E00 4/7

8 4 Anwendungsbeispiele Öl-Produktion, -Lagerung, -Transport Branche: Ex-Bereich: Installation: Öl & Gas Zone 2 Onshore Besonderheiten: Redundantes IS1 Umgebungstemperaturen bis + 52 C im Schatten keine aktive Kühlung zulässig Gehäuse in Gehäuse Design große Entfernungen via Lichtwellenleiter hohe Verfügbarkeit: optischer redundanter Ring Kombination Remote I/O mit Bedienterminals 07787E00 Branche: Ex-Bereich: Installation: Chemie Zone 1 Außenbereich Besonderheiten: IS1 mit Profibus DP Kommunikation Explosionsgeschütztes Bedienterminal von R. STAHL HMI Systems (10 Farbdisplay) Anzeige- und Betätigungselemente in Ex d Ausführung Edelstahlgehäuse Reihe E00 4/8

9 4 Anwendung Remote I/O Symbol Anwendung I/O-Module Typ Zone 1 / Div. 1 2-Leiter Messumformer und Stromquellen 9460 Seite 4/29 Zone 2 / Div E00 3-Leiter Messumformer und Stromquellen 9460 Seite 4/ E00 4-Leiter Messumformer und Stromquellen 9460 Seite 4/ E00 2-Leiter Messumformer HART 9461/ Seite 4/33 Seite 4/ E00 2-Leiter Messumformer HART 9461/ Seite 4/ E00 4-Leiter Messumformer HART 9461/ Seite 4/ E00 2-Leiter Messumformer HART bis SIL Seite 4/ E00 I/p-Umformer, Regelventil 9465 Seite 4/ E00 I/p-Umformer, Regelventil HART 9466 Seite 4/55 Seite 4/ E00 Widerstandsthermometer, Widerstandsferngeber 9480 Seite 4/ E00 4/9

10 4 Anwendung Remote I/O Symbol Anwendung I/O-Module Typ Zone 1 / Div. 1 Thermoelement 9481 Seite 4/102 Zone 2 / Div E00 Kontakt, Optokopplerausgang 9470 Seite 4/63 Seite 4/ E00 NAMUR Initiator 9470 Seite 4/63 Seite 4/ E00 Aktive 0/24 V Signale 9471 Seite 4/ E00 Zähler, Frequenzen 9470 Seite 4/63 Seite 4/ E00 Magnetventil, LED-Leuchtmelder, Hupe 9475 Seite 4/78 Seite 4/ E00 Magnetventil 9477 Seite 4/90 Seite 4/ E00 Magnetventil, Anlagen-Aus bis SIL Seite 4/78 Seite 4/ E00 Modbus, Profibus DP, Service Bus R.STAHL Seite 3/158 Seite 3/162 Seite 3/206 Seite 3/ E00 Modbus TCP Modbus TCP (Industrial-Ethernet) 9441 Seite 4/ E00 4/10

11 4 Anwendung Remote I/O Symbol Anwendung I/O-Module Typ Zone 1 / Div. 1 Profibus DP (RS485) Zone 2 / Div Seite 4/19 Seite 4/14 Modbus RTU 06866E00 Modbus RTU (RS485) 9440 Seite 4/19 Seite 4/ E00 PROFIsafe (RS485) Seite 4/19 Seite 4/ E00 Änderungen der technischen Daten, Maße, Gewichte, Konstruktionen und der Liefermöglichkeiten bleiben vorbehalten. Die Abbildungen sind unverbindlich. 4/11