Bestehende Anlagen besser überwachen, Störungen erkennen, bevor sie auftreten: Werden diese Ansprüche erfüllt, steigt die Effizienz und Verfügbarkeit. Im Bereich der Chemie- und Pharmaindustrie stellt das Konzept NAMUR Open Architecture (NOA) der Normen-Arbeitsgemeinschaft Mess- und Regeltechnik in diesem Zusammenhang einen Seitenkanal zur Verfügung. Über diesen lassen sich zusätzliche Daten für verbesserte Instandhaltung und wirtschaftlicheren Betrieb aus prozesstechnischen Applikationen ziehen.

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Das Konzept wird dem Wunsch der Betreiber nach einem tieferen Einblick und größerer Offenheit in den Anlagen gerecht, erklärt Arnold Offner, Strategic Marketing Manager Automation Infrastructure bei Phoenix Contact USA in Harrisburg. Das Besondere sei, dass dies rückwirkungsfrei geschieht, während die kritischen Prozesse ohne Unterbrechung weiterlaufen.

Mit dem NOA-Konzept lassen sich zum Beispiel die Daten von Feldgeräten gewinnen, welche derzeit mehrheitlich die bewährte 4…20-mA-Stromschleife unterstützen sowie teilweise ebenfalls über eine HART-Schnittstelle verfügen. Diese Informationen sind im Rahmen der Maintenance- und Monitoring-Strategie nutzbar. Im M- und O-Bereich (Monitoring and Optimization) lassen sich per HART-Kommunikation neben den 4...20-mA-Messsignalen weitere Daten als überlagertes Signal aus den Feldgeräten auslesen – egal ob Sensor oder Aktor.

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Typischerweise wird die HART-Funktion nur bei einem Gerätetausch im Feld oder der Kalibrierung an der Werkbank verwendet – vergleichbar mit der Messung von Puls und Blutdruck, die bei einem Arztbesuch erfolgt. Doch heute gibt es Smartwatches, die derartige Informationen ständig aufnehmen, speichern und für den gesamten Tag grafisch darstellen können. Das wäre in industriellen Anwendungen ebenso wünschenswert, wie Offner hervorhebt.

HART via Ethernet nutzen

Durch spezielle HART-I/O-Karten, die in die Prozessleittechnik (PLT) oder das Distributed Control System (DCS) integriert werden müssen, um die HART-Daten nutzen zu können, entstünden allerdings zusätzliche Kosten. Da die Daten nur für das Instandhaltungspersonal zur Geräteüberwachung relevant seien, habe Phoenix Contact zwei Lösungen für die HART-Übertragung entwickelt, die im Rahmen des Seitenkanals zum Einsatz kommen. Beide Produkte, die sich sowohl in bestehende als auch neue Prozessanlagen einbinden lassen, werden stetig weiterentwickelt.

Beim ersten Ansatz handelt es sich um den modularen Ethernet-HART-Multiplexer GW PL…-Bus. Er ermöglicht, HART-Geräte via Ethernet zu parametrieren und zu überwachen. Sie lassen sich über industrielle Ethernet-Systeme wie Profinet, Modbus TCP, HART IP, Emerson AMS oder OPC-UA in fast jedes Host-System integrieren, wobei das analoge Steuerungssystem voll betriebsfähig bleibt und sogar für die Installation nicht stillgelegt werden muss.

Der Ethernet-HART-Multiplexer besteht aus einer Kopfstation und bis zu fünf vier- oder achtkanaligen HART-Erweiterungsmodulen, sodass der Anwender maximal 40 HART-Geräte an die Kopfstation anschließen und von ihr aus mit Strom versorgen kann. Die modulare Bauweise stellt eine skalierbare Lösung für moderne verteilte Steuerungssysteme sowie schrittweise Rollouts zur Verfügung.

Der Ethernet-HART-Multiplexer hat sich seit vier Jahren weltweit in kleineren Applikationen bewährt, so der Hersteller. Er bietet sich für den Einbau im sicheren Bereich sowie in Kombination mit zusätzlichen Signaltrennern an den HART-Geräten für Applikationen in der Ex-Zone 2 an.

I/O-Modul für Ex-i-Bereich

Die zweite Lösung, die das Unternehmen zur NAMUR-Hauptsitzung im November 2019 vorgestellt hat, erweitert das I/O-System Axioline F in Schutzart IP20. Axioline F zeichnet sich durch eine schnelle Signalerfassung aus, erläutert Phoenix Contact. Die robuste Mechanik halte durch eine gute Schock- und Vibrationsfestigkeit widrigsten Umgebungsbedingungen stand. Der erweiterte Temperaturbereich von -40 bis 70 Grad Celsius trägt dazu bei, dass sich die Anlagenverfügbarkeit erhöht. Zudem reduzieren eine einfache Handhabung und schnelle, werkzeuglose Verdrahtung die Installationszeit.

Das I/O-System hat der Hersteller nun durch analoge und digitale Ein- und Ausgabemodule für den Ex-i-Bereich ergänzt. Axioline F lässt sich so in hybriden und kontinuierlichen Applikationen verwenden. Die Installation ist laut Anbieter da sinnvoll, wo Eigensicherheit erforderlich ist, aber keine Hot-Swap-Fähigkeit benötigt wird.

Die I/O-Module können an industrielle Steuerungen und Buskoppler der Produktfamilie Axioline angekoppelt werden. Der Anwender erhält so eine im Vergleich zu PLT/DCS kostengünstige Lösung, wobei Letztere allerdings höheren Anforderungen genügen und PID-Steuerungsfähigkeit bieten, führt Offner aus. Für die Instandhaltung von Prozessfeldgeräten stelle Axioline F jedoch eine zuverlässige Plattform zur Verfügung, die sich flexibel an die jeweiligen Rahmenbedingungen anpasst und kontinuierlich weiterentwickelt wird.

Neben den Standard-I/O-Modulen für die HART-Kommunikation sieht der Hersteller mit den eigensicheren Varianten neue Nutzungsmöglichkeiten im Feld. Da HART-fähige Durchflussmessgeräte weitere auswählbare Daten – wie Gerätelaufzeit, die gesamte Durchflussmenge, Druck oder Temperatur – liefern, könne der Anwender bedarfsgerechte Wartungsmaßnahmen einleiten sowie den Prozess optimieren. Seit sich die Kosten für die im prozesstechnischen Umfeld verbaute Sensorik reduziert haben, lassen sich NAMUR-Sensoren direkt über den Seitenkanal als diskretes Signal überwachen.

In Kombination mit dem Ecosystem PLCnext Technology des Herstellers eignen sich die Ex-i-Module des I/O-Systems für NOA-Anwendungen zum Automatisieren von Nebenprozessen. Als Einsatzszenarien bieten sich etwa Leckage-Suche in Rohrleitungen, Gaswarnsysteme sowie das Monitoring von Tanks, Ventilstellungen, Pumpen, Motoren oder der Begleitheizung an.