Trennbausteine ermöglichen die Umwandlung elektrischer Signale und sorgen für die galvanische Trennung zwischen Ein- und Ausgangssignalen in sämtlichen industriellen Anwendungen. Für die sichere Signalübertragung zwischen Feldgeräten im sicheren Bereich und dem Steuerungs- und Leitsystem kommen Signaltrenner zum Einsatz. Eigensichere Barrieren gewährleisten die Eigensicherheit von Stromkreisen in explosionsgefährdeten Bereichen und begrenzen die in den Stromkreis eingespeiste Energie, sodass es zu keiner Funkenbildung oder gefährlichen Erwärmung kommen kann. Doch die Geräte bieten noch viel mehr als das: Moderne Trennbausteine sind mit einer Vielzahl von Diagnosefunktionen ausgestattet, um den Systemzustand zu überwachen, Versorgungs-, Leitungs- und Funktionsfehler zu erkennen und die Einhaltung von Sicherheitsstandards zu gewährleisten.

In diesem Blogartikel beantworten wir fünf häufig gestellte Fragen im Zusammenhang mit den verschiedenen Diagnosefunktionen von Trennbausteinen, erklären ihre Funktionalität und zeigen, warum sie für einen zuverlässigen Betrieb in anspruchsvollen Industrieumgebungen und explosionsgefährdeten Bereichen unverzichtbar sind.

1. Leitungsfehlerüberwachung (LFD) vs. Leitungsfehlertransparenz (LFT): Was bedeuten sie und wie unterscheiden sich die beiden Diagnosefunktionen?

Trennbausteine mit Leitungsfehlerüberwachung (engl. Line Fault Detection, kurz LFD) überwachen Signalleitungen aktiv auf Unterbrechungen oder Kurzschlüsse. Wird ein Fehler erkannt, z. B. ein Drahtbruch oder eine Verbindung zur Erde, reagiert das System mit einem Diagnosesignal oder einer Fehlermeldung. Diese Funktion ist ideal für Anwendungen, bei denen Sicherheit, Systemintegrität oder vorbeugende Instandhaltung von entscheidender Bedeutung sind. Die Leitungsfehlerüberwachung trägt dazu bei, Verdrahtungsprobleme frühzeitig zu erkennen und eine schnelle Fehlerbehebung zu ermöglichen. Wird ein Fehler erkannt, kann dieses Signal über ein Fehlerrelais an eine digitale Eingangskarte am Steuer- und Regelungssystem angeschlossen werden, wodurch eine Fernüberwachung von Leitungsfehlern ermöglicht wird. Diese Fernüberwachung erfordert jedoch zusätzliche I/O-Kanäle am Controller.

Die Leitungsfehlertransparenz (engl. Line Fault Transparency, kurz LFT) nutzt die Diagnosefunktion der Leitungsfehlerüberwachung (LFD) und kombiniert diese Fehlermeldung an derselben Klemmstelle wie das Steuersignal. Dadurch ist das Leitungsfehlersignal für jeden Feldanschluss verfügbar, ohne dass zusätzliche Kabelverbindungen an der I/O-Karte erforderlich sind. Dies spart Platz und zusätzliche Hardwarekosten. Einzige Voraussetzung: Um LFT nutzen zu können, muss auch die I/O-Karte diese Diagnosefunktion unterstützen. Bei Verwendung von LFT ändert der steuerungsseitige Anschluss die Ausgangsimpedanz (hoch oder niedrig) außerhalb seiner normalen Parameter. Die I/O-Karte muss diese Impedanzänderung erkennen und als Fehler melden.

Erfahren Sie im Video mehr über Leitungsfehlertransparenz:

2. Was bedeutet die Testpulsimmunität von Trennbausteinen und warum ist sie wichtig?

In Sicherheitssystemen bezeichnet die Testpulsimmunität die Fähigkeit eines Trennbausteins, korrekt zu reagieren, wenn ein kontrolliertes Testsignal oder ein Testimpuls an den Regelkreis angelegt wird. Diese Prüfung stellt sicher, dass das Gerät richtig angeschlossen ist, die Schleife wie vorgesehen funktioniert und der Trennbaustein selbst unter normalen Bedingungen zuverlässig arbeitet. Sie ist eine wichtige Überprüfung der Systemintegrität und der ordnungsgemäßen Gerätefunktionalität.

In explosionsgefährdeten Bereichen spielen eigensichere Barrieren eine wichtige Rolle bei der Begrenzung der Energiemenge innerhalb eines Stromkreises, um eine Zündung durch Funken oder thermischer Zündquellen zu verhindern. Viele Steuer- und Regelungssysteme in diesen Umgebungen verwenden kurze Spannungsimpulse, sogenannte Testimpulse, um Fehler wie Leitungsbrüche oder Kurzschlüsse zu erkennen. Diese Impulse sind zwar für Diagnosefunktionen nützlich, können jedoch Störungen an den angeschlossenen Geräten, einschließlich der eigensicheren Barrieren und Feldgeräte, verursachen.

Trennbausteine mit Testpulsimmunität können zwischen echten Eingangssignalen und Diagnoseimpulsen unterscheiden und letztere ignorieren, um Fehlfunktionen oder Signalverzerrungen zu vermeiden. Ohne diese Funktion könnten Testimpulse zu Fehlfunktionen oder Störungen der Signalintegrität führen und sowohl die Sicherheit als auch die Prozessabläufe beeinträchtigen. Die Testpulsimmunität stellt sicher, dass Trennbausteine auch in elektronischen Systemen mit häufigen Diagnoseabfragen eine stabile Kommunikation mit Feldgeräten aufrechterhalten und so eine unterbrechungsfreie Signalübertragung und damit den sicheren Betrieb gewährleisten.

3. Was ist die automatische Wiederholungsprüfung von Sicherheitsrelais und wie funktioniert sie?

Damit sich im Falle einer Störung Feldgeräte sicher ein- oder abschalten, um Schäden an der Anlage, Mensch und Umwelt zu verhindern, spielen Sicherheitsrelais bei der Signalübertragung zwischen Steuerung und Feldgeräten eine zentrale Rolle. Diese müssen einen Schaltvorgang absolut zuverlässig übertragen, sobald die Sicherheitsfunktion angefordert wird. Die automatische Wiederholungsprüfung von Sicherheitsrelais ist eine wichtige Diagnosefunktion, um die Zuverlässigkeit sicherheitsbezogener Steuerungssysteme in industriellen Umgebungen zu gewährleisten.

Die Proof-Test-Intervalle der Sicherheitsrelais von Pepperl+Fuchs sind in der Regel deutlich länger als die Wartungsintervalle einer Anlage, sodass kein zusätzlicher Prüfaufwand für die Module entsteht. Erreicht werden diese langen Prüfintervalle durch eine One-out-of-three-Architektur (1oo3) mit der doppelt redundanten Ausführung der Schaltkontakte. Für DTS-Anwendungen (De-energized-to-safe) sind drei Kontakte in Serie, für ETS-Signalkreise (Energized-to-safe) zwei Gruppen von je drei parallelen Kontakten angeordnet. Selbst wenn bis zu zwei Kontakte einer Gruppe ausfallen, ist die Sicherheitsfunktion weiterhin gewährleistet.
Die integrierte Diagnosefunktion der Module bewegt bei jedem Schaltvorgang die drei Kontakte zeitverzögert nacheinander. Bei ETS-Anwendungen werden bei drei aufeinanderfolgenden Schaltereignissen zyklisch jeweils alle drei Relais der beiden Kontaktgruppen einmal zuerst geschlossen. Während der Verzögerungszeit prüft das Gerät, ob dieser Kontakt den Stromkreis schließt. Fehlerhafte Kontakte werden dabei erkannt.
Die Diagnose beim DTS-Gerät erfolgt beim Wiedereinschaltvorgang: Zunächst werden zwei Relaiskontakte gleichzeitig, zeitverzögert dann auch der dritte Kontakt geschlossen. Bevor der dritte Kontakt schließt, darf kein Strom fließen, anderenfalls ist dieses Relais defekt, da es den Stromkreis nicht mehr trennt. Bei jedem Schaltzyklus wird ein anderes Relais geprüft. Nach drei Schaltvorgängen ist die Prüfung des Sicherheitsrelais abgeschlossen. Der Aufwand durch Proof Tests wird so drastisch verringert.

Erfahren Sie im Video mehr über intelligente Sicherheitsrelais mit Diagnosefunktion und Leitungsfehlertransparenz:

4. Warum sind die Diagnosefunktionen sowie die Kompatibilität der Trennbausteine für die Integration in dezentrale Prozessleitsysteme (DCS) und darüber hinaus wichtig?

Von den Diagnosefunktionen und der Kompatibilität der Pepperl+Fuchs Trennbausteine profitieren zahlreiche Anwender, darunter Leittechniker, Instandhaltungsteams und Systemintegratoren. Die Diagnosefunktionen ermöglichen die Echtzeitüberwachung von Feldstromkreisen, wodurch Fehler wie Drahtbrüche, Kurzschlüsse oder eine verschlechterte Signalqualität leichter erkannt und lokalisiert werden können. Durch frühzeitige Warnungen und detaillierte Statusinformationen tragen diagnosefähige Trennbausteine dazu bei, ungeplante Stillstandzeiten zu reduzieren, die Instandhaltungsplanung zu verbessern und eine vorausschauende Wartung zu ermöglichen.

Die Kompatibilität mit dezentralen Prozessleitsystemen (DCS) ermöglicht einen durchgängigen Datenaustausch und den zentralen Zugriff auf Diagnoseinformationen. Die DCS-Integration vereinfacht die Konfiguration, ermöglicht eine bessere Systemüberwachung und unterstützt die Einhaltung von Sicherheits- und Leistungsstandards. Darüber hinaus tragen die Diagnosefunktionen zu einer höheren Systemverfügbarkeit und Effizienz in der Prozessindustrie bei, wo Zuverlässigkeit und Sicherheit von entscheidender Bedeutung sind.

5. Wie schafft die HART-Transparenz von Trennbausteinen einen zusätzlichen Mehrwert?

Viele Trennbausteine von Pepperl+Fuchs bieten neben den oben genannten Diagnosefunktionen auch eine vollständige HART-Transparenz. Die HART-fähigen Trennbarrieren des K-Systems und H-Systems ermöglichen den Austausch von Messwerten, Diagnoseinformationen und Konfigurationsdaten mit dem Feldgerät über das HART-Protokoll. Das bedeutet, dass das HART-Signal ungehindert den Trennbaustein passieren kann, sodass die Kommunikation mit HART-fähigen Feldgeräten sowohl von der Feldebene als auch von der Seite des Steuer- und Regelungssystems möglich ist. Die HART-Signale können gleichzeitig mit dem analogen 4-20 mA-Signal über dieselbe Leitung übertragen werden, was eine höhere Datendichte und erweiterte Diagnosemöglichkeiten eröffnet. Anwender profitieren von einer einfacheren Instandhaltung, einer schnelleren Fehlerbehebung und einem vollständigen Zugriff auf erweiterte Gerätedaten über den gesamten Regelkreis hinweg.

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