Signaltrenner stellen auch in ausgedehnten Anlagen mit vielen Störquellen eine zuverlässige Signalübertragung sicher und tragen dazu bei, Messfehler und Fehlsteuerungen der Anlage zu vermeiden und die Prozesssteuerung zu optimieren.

Das Unternehmen Suiker Unie in den Niederlanden zählt mit 1 Million Tonnen produziertem Zucker zu den größten Produzenten Europas. Allein im Werk in Groningen werden pro Jahr 450.000 Tonnen Zucker in unterschiedlichen Qualitäten hergestellt. Während einer Zuckerkampagne zwischen September und Januar wird Tag und Nacht im Schnitt alle zwei Minuten ein LKW mit Zuckerrüben entladen. Insgesamt müssen 3 Millionen Tonnen Rüben gewaschen, geschnitten, gekocht und kristallisiert werden.
Für einen reibungslosen Prozessablauf mit konstant hoher Produktqualität ist eine sichere und effiziente Prozesssteuerung nötig. Voraussetzung dafür ist eine fehlerfreie Messdatenerfassung und -auswertung zwischen den Sensoren in der Anlage und der Steuerungsebene. Eine der häufigsten Störungen hierbei sind Erdschleifen. Sie entstehen, wenn sowohl im Feld- als auch im Steuerkreis mehrere Erdverbindungen mit unterschiedlichen Potentialen vorhanden sind. Diese erzeugen im Signalleiter einen Ausgleichsstrom, der zu Messabweichungen führt und die Kommunikation so stark beeinträchtigen kann, dass eine zuverlässige Prozessüberwachung und -steuerung nicht mehr möglich ist.

Suiker Unie setzt daher Signaltrenner von Pepperl + Fuchs ein. Sie stellen eine zuverlässige Signalübertragung sicher, vermeiden Messfehler und Fehlsteuerungen und übernehmen weitere Aufgaben wie die Umwandlung von Feld- in Normsignale. Bei Suiker Unie werden vor allem Signaltrenner mit Drehzahlüberwachungsfunktion für die große Zahl von Motoren eingesetzt.

Galvanische Trennung und Signalwandlung

Die galvanische Trennung von Feld- und Steuerungsseite verhindert die Überlagerung des Nutzsignals durch Störspannungen und -ströme. Sie ist gerade bei einem weit verzweigten Anlagenaufbau wie bei Suiker Unie die ideale Lösung, um auch Brummschleifen bei der Übertragung von analogen und digitalen Signalen zu unterbinden. Auch lange Kabel können die Gleichtaktstörungen auch ohne eine leitende Verbindung auffangen und diese in Signaleingänge weiterleiten.
Die galvanische Trennung wird mit Hilfe eines Signaltrenners ermöglicht, in dem entweder ein Transformator (induktive galvanische Trennung) oder ein Optokoppler integriert ist. Dieser Interface-Baustein unterbricht die elektrisch leitfähige Verbindung zwischen beiden Stromkreisen, so dass die Ladungsträger nicht mehr von einem zum anderen fließen können. Die Übertragung der Prozesssignale erfolgt stattdessen über das Magnetfeld beziehungsweise ein optisches Sender/Empfängersystem.

Zu den zentralen Funktionen eines Signaltrenners gehört auch die Umformung eines Signals in Normsignale. Dies ist nötig, um beispielsweise unterschiedliche Messgrößen aus dem Feld in Steuerungs- oder Leitsystemen verarbeiten zu können. Der Trenner erfasst die Signale von Sensoren wie Thermoelementen, Widerstandstemperaturmessfühlern (RTD) oder anderen Gebern und wandelt sie in die typischen Normsignale 0/2...10 V oder 0/4...20 mA um. Die Wandlung in 0/4...20 mA ist auch für binäre Frequenzsignale von NAMUR-Sensoren oder mechanischen Kontakten möglich. Programmiert werden alle genannten Funktionen über Dip-Schalter an der Frontseite des Gerätes oder mittels PC.

Überwachung der Förderwege

Zu den in der Produktion von Suiker Unie eingesetzten Signaltrennern gehören auch Drehzahlwächter von Pepperl + Fuchs. Die Notwendigkeit dieser Funktionen im Prozess erläutert Dick Schippers von Suiker Unie: „Eine unserer zentralen Anforderungen ist eine möglichst hohe Verfügbarkeit der zahlreichen Antriebsmotoren von Förderbändern, Trockentrommeln und Zentrifugen in den einzelnen Prozessschritten der Zuckerproduktion."
Die Überwachung der Drehzahlüber- oder -unterschreitung erfolgt durch Abgleich der tatsächlichen Drehzahl mit einem voreinstellbaren Grenzwert. Der Drehzahlwert wird in Form eines binären Signals von einem NAMUR-Sensor oder einem mechanischen Kontakt bereitgestellt. Im Drehzahlwächter wird die momentane Drehzahl mit einem Grenzwert verglichen, der zwischen 1 mHz und 12 kHz liegen kann. Liegt die Drehzahl außerhalb des zulässigen Drehzahlbereiches, wird ein Alarm ausgelöst.

Spannung über Power Rail

Zur Verringerung der Verdrahtungs- und Installationskosten von Interface-Bausteinen bietet Pepperl + Fuchs die Spannungsversorgung über Power Rail an. Das Einlegeteil für die Normschiene mit integrierten Leitern versorgt den Signaltrenner rückseitig mit 24 VDC und ermöglicht darüber hinaus die Sammelmeldung von Leitungsfehlern des Feldkreises. Damit werden Signalleitungen in der rauen Prozessumgebung permanent auf Unterbrechung oder Kurzschluss überwacht und der Anwender kann Störungen rechtzeitig erkennen.