In der Verfahrenstechnik - und hier insbesondere in chemischen und petrochemischen Anlagen - ist die Prozessleittechnik durch eine wachsende Komplexität und damit einhergehend durch einen steigenden Automatisierungsgrad gekennzeichnet. Steckbare Verdrahtungssysteme ermöglichen eine schnelle, fehlerfreie und übersichtliche Verdrahtung.

Sogenannte Marshalling-Systeme verknüpfen die oftmals mehrere tausend E/A-Signale der Sensoren und Aktoren. Klassische digitale und analoge Feldsignale werden über Klemmkästen und Multicore-Kabel in die Schalträume geführt, wo sie per Trennverstärker und Signalkoppler auf die E/A-Baugruppen des Prozessleitsystems rangiert und verteilt werden.

Die Signalübergabe von der Steuerung zur Rangier- oder Feldebene mit Reihenklemmen oder Koppelbausteinen, wie Relais oder Optokopplern, erfolgt in Einzeladerverdrahtung. Hierfür ist ein hoher Arbeitsaufwand notwendig. Bei der Anschlusstechnik können zudem Verdrahtungsfehler auftreten, die sich häufig erst bei der Inbetriebnahme bemerkbar machen und zusätzliche Kosten verursachen. Steckbare Verdrahtungssysteme wie die Systemverkabelung von Phoenix Contact ermöglichen deshalb eine schnelle, fehlerfreie und übersichtliche Verdrahtung, so dass sich die Verkabelungskosten erheblich reduzieren. Je nach Prozessleitsystem setzt sich die Systemverkabelung aus verschiedenen aufeinander abgestimmten Komponenten zusammen:

• passive Anschlusselemente, die die Ankopplung der E/A-Signale über Steckverbinder realisieren
• vorkonfektionierte und geprüfte Systemkabel in allen Längen
• hutschienenmontable Anschaltmodule oder Termination Boards, mit denen die E/A-Signale vom hochpoligen Steckverbinder auf die Anschlussklemmen umgesetzt werden. Feld- oder Rangierebene werden dann in Einzelader-Anschlusstechnik miteinander verbunden.

Steckbarer Anschluss der Prozesssignale

Moderne Prozessleitsysteme bieten neben dem konventionellen Einzeladeranschluss optional die Möglichkeit, E/A-Signale über hochpolige Steckverbinder anzukoppeln. Das DeltaV-System von Emerson Process Management und die S800-E/A-Serie von ABB stellen beispielsweise Anschlusselemente mit unterschiedlichen Anschlusstechniken zur Verfügung. Dabei wird die eigentliche aktive E/A-Karte auf die passiven Anschlusselemente gesteckt. So können über den 25-poligen D-Sub-Steckverbinder des S800-E/A-Systems vorkonfektionierte Systemkabel steckbar mit bis zu 16 E/A-Signalen verbunden werden. Das kompakte Anschlusselement, das eine hohe Zahl an E/A-Kanälen auf kleinstem Raum vereint, spart Platz im Schaltschrank. Ein aufwändiges Anschließen von Einzeladern mit Ablängen, Beschriften und Montieren von Aderendhülsen ist nicht mehr erforderlich.

Vorgeprüfte Systemkabel minimieren Verdrahtungsfehler

Vorgeprüfte Systemkabel garantieren eine fehlerfreie Verbindung zwischen E/A-Baugruppe und Termination Board. Beim DeltaV-System von Emerson Process Management lassen sich die E/A-Signale über sogenannte „Mass Termination Blocks" mit Flachbandkabel-Steckverbinder an die Baugruppen ankoppeln. Die Systemverkabelung von Phoenix Contact besteht hier aus konfektionierten Systemkabeln und passgenauen Termination Boards, die für eine schnelle und fehlerfreie Anbindung sorgen.

E/A-Baugruppen der Yokogawa CS3000 R3 und der ProSafe RS werden ebenfalls über einen in die Karte integrierten Steckverbinder angeschlossen. Phoenix Contact hat eine spezielle Lösung für diese E/A-Baugruppen geschaffen: Die Steckverbinder der Systemkabel sind steuerungsseitig in Form von Adaptergehäusen umspritzt, weshalb sich die Leitung, die über Schrauben mit der E/A-Karte fixiert wird, dem Design der Steuerung anpasst. Gleichzeitig erfolgt so die Schirmanbindung des Systemkabels an die Baugruppe. Der seitliche Kabelausgang spart aufgrund der optimalen Kabelführung Platz im Schaltschrank. Feldseitig sind auch die Steckverbinder mit einem Steckergehäuse umspritzt, so dass sich die Systemkabel als robust und daher als bestens für den Einsatz in der Prozesstechnik geeignet erweisen. Durch das codierte Steckergehäuse und die Überprüfung aller Anschlüsse lassen sich Verdrahtungsfehler so gut wie ausschließen.

Für die Simatic PCS7 von Siemens hat Phoenix Contact spezielle Frontadapter zur Integration der ET200M-Baugruppen entwickelt. Die Adapter mit angeschlossenen Systemkabeln, welche die herkömmliche Anschlusstechnik ersetzen, werden einfach in den Baugruppenschacht gesteckt. Da die modulseitigen Flachbandkabel-Steckverbinder in einem speziellen Fertigungsverfahren umspritzt werden, sind sie vollständig gekapselt. Auch die E/A-Baugruppen der Honeywell C300 lassen sich über einen Frontadapter von Phoenix Contact steckbar mit entsprechenden Systemkabeln und Termination Boards ankoppeln.

Termination Boards sparen Zeit

Feldseitig werden die Systemkabel auf die hutschienenmontablen Termination Boards gesteckt, die mit einem hochpoligen Steckverbinder ausgerüstet sind. Zur Anbindung der Signalleitungen aus der Feldebene unterstützen die Module unterschiedliche Anschlusstechniken wie Schraubanschlussklemmen, Federkraftklemmen oder optionale Messertrennklemmen. Die kompakten Termination Boards sind passgenau auf die jeweilige E/A-Baugruppe abgestimmt und applikationsspezifisch beschriftet. Dies erlaubt eine eindeutige Zuordnung von Feldsignale und Anschlussklemmen.

Je nach Anwendung werden die Boards in verschiedenen Ausführungen angeboten:

• Termination Boards zur einfachen Signalübergabe
• Sensormodule für eine direkte Integration von 3-Leiter-Initiatoren
• Ein-/Ausgabemodule mit Relais oder Optokopplern zwecks galvanischer Trennung, Signalverstärkung und Pegelanpassung.
• Optional sind die Boards mit LED-Statusanzeige oder steckbarer Sicherung je Signalpfad erhältlich.

Die applikationsgerecht im Leiterplatten-Layout vorverdrahteten Module sparen Zeit bei der Verknüpfung der sonst üblichen modularen Interface-Bausteine. Einige Boards verfügen über zusätzliche Potentialanschlussklemmen je Kanal. Das Potential kann so direkt am Board abgegriffen, zum Endschalter geleitet und von dort aus wieder am Board angeschlossen werden. Separate modulare Potentialklemmen entfallen somit.

Ausgabemodule vereinen hohe Kanaldichte auf kleinem Raum

Die Ausgabemodule mit Relais oder Optokopplern, die einen Dauerstrom von bis zu 10 A führen können, erschließen einen weiteren Vorteil. Werden sie verwendet, lassen sich Leistungsausgabekarten, die üblicherweise mit einer geringen Kanalzahl ausgestattet sind, durch Standardbaugruppen mit 16, 32 oder 64 Kanälen ersetzen. Eine solch hohe Kanaldichte auf kleinem Raum schafft Platz und reduziert zudem die Kosten. Durch den Einsatz des hochpoligen Systemkabels wird eine Dezentralisierung der Koppelebene erreicht. Die Montage der Module direkt vor Ort trägt ebenfalls zur Verkleinerung des Schaltschranks bei, wobei eine Entfernung von 50 m zwischen Modul und E/A-Karten keine Seltenheit ist. Auf diese Weise werden zusätzliche Materialien sowie Installationskosten eingespart.

Neben den mehrkanaligen Termination Boards mit Relais oder Optokopplern haben sich in der Prozesstechnik modulare, 6 mm schmale Koppelrelais der Serie PLC Interface mit steckbarem Schaltelement von Phoenix Contact etabliert. Über den PLC-V8-Adapter werden acht PLC Interface-Bausteine verdrahtungsfehlerfrei angeschlossen. Der Adapter wird dazu ohne zusätzliches Werkzeug in die vorhandenen Brückenschächte gesteckt. Die Verbindung zur jeweiligen E/A-Baugruppe erfolgt über den integrierten Steckverbinder. Hierzu stehen konfektionierte Systemkabel in allen Längen zur Verfügung.

Überzeugende Vorteile

Vom Chemieunternehmen in Thailand und LNG Terminal in Wales über Raffinerien in den Niederlanden, Russland und Saudi-Arabien bis zu Bohrinseln in der Nordsee werden die Vorteile der Systemverkabelung durch viele Applikationen belegt. Die Anwender profitieren hier von der schnellen Verdrahtung der unzähligen E/A-Baugruppen sowie dem übersichtlichen Schaltschrankaufbau. Vorkonfektionierte und geprüfte Systemkabel reduzieren die mühsame Fehlersuche bei der Inbetriebnahme auf ein Minimum, während auf die jeweilige Anwendung und E/A-Baugruppe abgestimmten Termination Boards die Montagezeit im Vergleich zum Aufbau mit modularen Einzelkomponenten verringern.