Explosionsschutz und Eigensicherheit - Pepperl+Fuchs
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Ausgabe 220716 06/2012<br />
HART-Kommunikation<br />
Viele ältere Anlagen <strong>und</strong> sicherlich alle neuen Feldanlagen<br />
nutzen die Vorteile, die sich mit HART bieten. Das Potenzial<br />
dieser Technologie hat häufig viele Jahre lang brach gelegen.<br />
Sie erreicht jetzt aber neue Dimensionen <strong>und</strong> eröffnet neue<br />
Möglichkeiten, die Remote I/O-Installationen einen Gratis-<br />
Bonus bescheren.<br />
In modernen Prozessgeräte kommt die digitale<br />
Datenübertragung zum Einsatz, um eine Verbindung<br />
zwischen den Sensoren <strong>und</strong> Aktoren auf Anlagenebene <strong>und</strong><br />
dem Prozessleitsystem zu schaffen. Die Remote I/O-Technik,<br />
insbesondere die moderne, zweite Generation, baut auf<br />
zehnjährige Erfahrungswerte auf Feldebene auf <strong>und</strong> bietet<br />
einfache Hilfsmittel, um bei den Wartungsangelegenheiten<br />
im Prozessalltag behilflich zu sein. Das räumt die Bedenken<br />
vieler Anlagenbetreiber aus, dass viele vertraute Signale<br />
durch diese Technik wegfallen. Dass sich hochqualifizierte<br />
Ingenieure mit einfachen Serviceaufgaben beschäftigen, ist<br />
nicht in ihrem Sinne.<br />
Zwar bietet der digitale Feldbus eine Vielzahl an attraktiven<br />
Funktionen, jedoch reicht ihnen die altbewährte Punkt-zu-<br />
Punkt-Gerätetechnik oder auch die Remote I/O-Technik aus,<br />
wenn der Platz in der Leitwarte begrenzt ist, oder andere<br />
bekannte Remote I/O-Vorteile in die Gleichung einbezogen<br />
werden. Hier lassen sich konventionelle Multimeter<br />
für viele Aufgaben einsetzen, sogar zur Überprüfung der<br />
Busleitung. Bei Messungen von der Leitwarte aus besteht<br />
die Möglichkeit, Ohmmeter oder Ampère- oder Voltmeter<br />
zur Prüfung des Busabschlusses oder zur Überprüfung auf<br />
fehlende Busabschlusswiderstände zu verwenden. Das<br />
gilt auch für PROFIBUS- oder MODBUS-Applikationen mit<br />
RS 485 Standard-Hardware <strong>und</strong> Anschlüssen mit erhöhter<br />
Sicherheit für den Einsatz in explosionsgefährdeten<br />
Bereichen. In diesem Zusammenhang bietet die HART-<br />
Kommunikationstechnik zusätzliche Vorteile, wie aus den<br />
folgenden Absätzen hervorgeht.<br />
Gr<strong>und</strong>lagen der HART-Kommunikation<br />
Die HART-Kommunikation ist ein Verfahren, das seit langem<br />
etabliert ist <strong>und</strong> heute von nahezu allen 20-mA-Feldgeräten<br />
unterstützt wird. Oftmals sind vor Jahren bereits Feldgeräte<br />
mit HART-Ausstattung installiert worden, aber ihr volles<br />
Potenzial ist bis dato ungenutzt geblieben. Prinzipiell nutzt<br />
HART das Frequenzumtastungsprinzip (FSK), um digitale<br />
Informationen auf Standard-Stromkreise mit 4 mA - 20 mA<br />
aufzusetzen (Abbildung 12).<br />
20<br />
4<br />
I [mA]<br />
Technologie<br />
1<br />
0 0<br />
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0<br />
1 1<br />
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Zeit<br />
Abbildung 12 HART-Modulation eines 20-mA-Signals<br />
Binärsignal<br />
Analogsignal<br />
Zumutbare Änderungen aufgr<strong>und</strong> technischer Verbesserungen vorbehalten<br />
<strong>Pepperl+Fuchs</strong>-Gruppe<br />
USA: +1 330 486 0002 Germany: +49 621 776 2222<br />
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Eine logische 1 wird durch eine Frequenz von 1200 Hz dargestellt<br />
<strong>und</strong> 2200 Hz stehen für eine logische 0. Der Mittelwert<br />
der Impulsamplitude ist Null, um das Messsignal nicht zu<br />
verfälschen.<br />
Die im HART-Signal enthaltenen Informationen reichen von<br />
Skalierungsparametern für den Anfangs- <strong>und</strong> Endwert eines<br />
Bereichs bis zu umfangreichen Zusatzdaten, die über den<br />
Status, Sek<strong>und</strong>ärvariablen <strong>und</strong> Maßnahmen zur proaktiven<br />
Wartung Aufschluss geben.<br />
In diesem Zusammenhang ist zu beachten, dass<br />
schnelle A/D-Wandler in der Lage sind, das HART-Signal<br />
aufzunehmen, was dann zu fehlerhaften Messungen<br />
führt.<br />
Handheld HART-Geräte<br />
Bislang war es in der Praxis üblich, Handheld-<br />
Kommunikatoren zum Parametrieren der einzelnen HART-<br />
Feldgeräte zu verwenden (Abbildung 13).<br />
Bksp<br />
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Up<br />
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On<br />
1 2<br />
4 5<br />
7 8<br />
. 0<br />
Abbildung 13 Handheld HART-Kommunikator<br />
Diese Handheld-Geräte ermöglichen die Abfrage aller<br />
Funktionen, die das jeweilige Feldgerät zu bieten hat. Dazu<br />
müssen sie an den 20-mA-Stromkreis angeschlossen<br />
werden.<br />
Abbildung 14 Einsatz des Handheld-Kommunikators<br />
Die nächste Generation sah K-System-Trennmodule für den<br />
Punkt-zu-Punkt-Betrieb <strong>und</strong> einen HART-Multiplexer vor,<br />
der über eine RS 485-Leitung mit einem Laptop verb<strong>und</strong>en<br />
war. Jedes Feldgerät war dadurch von einer zentralen<br />
Bedienstation in der Leitwarte erreichbar.<br />
Zeitgemäßer ist der Einsatz der integrierten HART-<br />
Kommunikationsfunktion eines Remote I/O-Moduls. Auch<br />
hierbei gibt es eine zentrale Abfragemöglichkeit in der<br />
Leitwarte, doch inzwischen ist es sogar möglich, alle HART-<br />
Geräte über integrierte Kommunikationsverfahren vom<br />
Prozessleitsystem aus abzufragen.<br />
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Gr<strong>und</strong>lagen<br />
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Technologie<br />
Gr<strong>und</strong>lagen<br />
Anwendungen<br />
<strong>Explosionsschutz</strong><br />
<strong>Eigensicherheit</strong><br />
Funktionale<br />
Sicherheit
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