Das AI930S (AI4H-Ex) ist ein leistungsstarkes, äußerst zuverlässiges Analogeingangsmodul innerhalb der Familie ABB Ability™ System 800xA® und S900 Remote I/O, das speziell für industrielle Prozesssteuerungs- und Automatisierungsanwendungen entwickelt wurde. Das Modul verfügt über vier unabhängige 4–20-mA-Stromsignaleingangskanäle und integrierte HART®-Kommunikationsprotokollunterstützung, die eine direkte Verbindung mit intelligenten Sendern für die doppelte Funktionalität der analogen Signalerfassung und des digitalen Informationsaustauschs ermöglicht.
Der AI930S gehört zur S900 I/O Typ S-Serie und ist für die Installation in explosionsgefährdeten Bereichen (Zone 1) konzipiert und kann an eigensichere (Ex i) Feldgeräte angeschlossen werden. Es eignet sich für Branchen mit strengen Sicherheits- und Zuverlässigkeitsanforderungen, wie z. B. Öl und Gas, Petrochemie, Pharmazie und Energieerzeugung. Das Modul unterstützt die Feldbuskommunikation PROFIBUS-DP/DPV1 und ermöglicht so eine nahtlose Integration mit ABB-Steuerungssystemen wie AC800M, AC800F und AC870P sowie mit PROFIBUS-Mastersystemen von Drittanbietern über GSD-Dateien oder DTM-Tools.
Das Modul verfügt über erweiterte Funktionen wie elektrische Isolierung, Leitungsüberwachung, Fehlerdiagnose, Hot Swap und Hot Configuration In Run (HCIR), wodurch die Systemverfügbarkeit erhöht und gleichzeitig die Installations-, Inbetriebnahme- und Wartungskosten erheblich gesenkt werden. Seine robuste Konstruktion wird durch eine G3-Korrosionsschutzbeschichtung ergänzt, wodurch es für raue Industrieumgebungen geeignet ist.
2. Hauptmerkmale und Vorteile
2.1 Eigensicheres Design und hohe Zuverlässigkeit
Der AI930S ist ATEX-zertifiziert für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen der Zone 1. Es kann direkt im Feld installiert werden, wodurch Signalkabellängen, Rangierschränke, Systemkosten und potenzielle Fehlerstellen reduziert werden. Die vollständige elektrische Isolierung (Eingangsbus-Stromversorgung) innerhalb des Moduls verhindert wirksam Erdschleifenstörungen und Gleichtaktspannungseffekte und gewährleistet so eine genaue Signalerfassung.
2.2 Integrierte HART-Kommunikationsfähigkeit
Das Modul verfügt über einen integrierten primären HART-Master, der die direkte Kommunikation mit HART-Smart-Geräten über die 4–20-mA-Schleife ermöglicht und Folgendes unterstützt:
Zyklische HART-Variablenablesung (bis zu 8 Gleitkommavariablen, z. B. Temperatur, Druck, Durchfluss)
HART-Statusabfrage (Echtzeiterkennung von Gerätealarmen, Konfigurationsänderungen, Kommunikationsfehlern)
Azyklische HART-Parameterkonfiguration (über DTM-Tools oder DPV1-kompatible Master)
2.3 Hohe Genauigkeit und Stabilität
Das Modul nutzt einen 16-Bit-ADC-Wandler. Messwerte werden in μA übertragen (z. B. 4 mA entspricht 4000). Es unterstützt zwei wählbare Messbereiche: 0…20 mA und 4…20 mA. Ein konfigurierbarer PT1-Filteralgorithmus (Zeitkonstanten: 0,1 s bis 29,2 s) ist integriert, um Feldrauschen effektiv zu unterdrücken und die Signalstabilität zu verbessern.
2.4 Flexible Konfiguration und Parametrierung
Es werden zwei Parametriermodi unterstützt:
Modus 1: Einheitliche Parametereinstellungen auf Modulebene, geeignet für eine schnelle Bereitstellung.
Modus 2: Unabhängige Parametereinstellungen pro Kanal, wodurch eine flexible Konfiguration von Messbereichen, Filterzeiten, Fehlerersatzwerten usw. möglich ist.
2.5 Umfassende Diagnose und Überwachung
Leitungsüberwachung: Unterstützt die Diagnose von Drahtbruch (< 2 mA), Kurzschluss (< 1,5 V), Überlast usw.
Überwachung des HART-Kommunikationsstatus: Bietet Echtzeit-Feedback zu Gerätekommunikationsanomalien oder Statusbitänderungen.
Modul-Gesundheitsstatus: Meldet Modul- und Kanalfehler über Standard-PROFIBUS-Diagnostelegramme.
2.6 Redundanz und Hochverfügbarkeit
Unterstützt Stromversorgungsredundanz und Kommunikationsredundanz (erfordert eine redundante Kommunikationsschnittstelle CI920). Verfügt über Hot Swap und Hot Configuration In Run (HCIR), die den Austausch von Modulen oder Konfigurationsänderungen während des Systembetriebs ermöglichen und so die Systemverfügbarkeit erheblich verbessern.
2.7 Einfache Installation und Wartung
Nutzt das einheitliche mechanische Design und die Klemmenblöcke der S900-Serie und unterstützt die DIN-Schienenmontage. Status-LEDs auf der Modulfront ermöglichen eine schnelle Diagnose vor Ort. Bei Verwendung mit den DTM-Tools von ABB oder der SMART VISION-Software sind grafische Konfiguration, Echtzeitüberwachung und historische Datenanalyse möglich.
2.8 Vorteile der Systemintegration
Vollständig kompatibel mit großen DCS-Systemen wie ABB System 800xA und Symphony Plus.
Standard-GSD-Dateien zur einfachen Integration in Drittanbieter-PROFIBUS-Netzwerke bereitgestellt.
Unterstützt das FDT/DTM-Framework für eine einheitliche Gerätetypverwaltung und Parameterkonfiguration.
3. Anwendungsbereiche
Das AI930S-Modul wird häufig in den folgenden Industrieszenarien eingesetzt:
Prozesssteuerung
Zur Erfassung analoger Signale wie Temperatur, Druck, Durchfluss und Füllstand. Anwendbar in der Raffinerie-, Chemie-, Pharma- und Wasseraufbereitungsindustrie.
Sicherheitsüberwachungssysteme
Anschluss eigensicherer Sensoren in Gefahrenbereichen zur Echtzeitüberwachung von Sicherheitsparametern wie Gaskonzentration, Flamme und Vibration.
Umweltüberwachung und Energiemanagement
Erfassung von Energieverbrauchsdaten (z. B. Strom, Leistungsfaktor) und Emissionsparametern (z. B. SO₂, NOₓ) zur Unterstützung der Energieeffizienzanalyse und der Einhaltung von Umweltvorschriften.
Gerätegesundheitsmanagement:
Lesen des internen Gerätestatus über HART-Variablen (z. B. Ventilposition, Aktuatortemperatur, Sensorlebensdauer), um eine vorausschauende Wartung zu ermöglichen.
4. Installations- und Anschlussrichtlinien
4.1 Überlegungen zum elektrischen Anschluss
Das AI930S ist ein aktives Eingangsmodul, das Schleifenstrom (ca. 15 VDC) für 2-Draht-Transmitter bereitstellt.
Der gesamte Schleifenspannungsabfall muss berechnet werden:
Utotal=Utransmitter+Imax×Rcable≤15VUtotal=Utransmitter+Imax×Rcable≤15V
Wenn mehrere Sender eine gemeinsame Masse haben, wird empfohlen, die Sender ausgangsseitig galvanisch zu isolieren, um Messfehler durch Erdschleifen zu vermeiden.
4.2 Anschluss eigensicherer Geräte
Beim Anschluss eigensicherer Geräte in Zone 0/1 sind die Normen EN 50039 zu beachten. Vergleichen Sie die folgenden Parameter:
Modulausgang: Uo,Io,Po,Lo,CoUo,Io,Po,Lo,Co
Geräteeingabe: Ui,Ii,Pi,Li,CiUi,Ii,Pi,Li,Ci
Kabelparameter: Lc, CcLc, Cc
Stellen Sie sicher, dass Uo≤UiUo≤Ui, Io≤IiIo≤Ii, Lo≥Li+LcLo≥Li+Lc, Co≥Ci+CcCo≥Ci+Cc.
4.3 Kabelauswahl und Verkabelung
Verwenden Sie abgeschirmte Twisted-Pair-Kabel mit punktueller Erdung des Schirms.
Vermeiden Sie es, parallel zu Stromkabeln zu verlegen; einen Mindestabstand von ≥30 cm einhalten.
Halten Sie die Kabellängen so kurz wie möglich, um Spannungsabfall und Störgeräusche zu minimieren.
5. Parameterkonfiguration und Datenzuordnung
5.1 GSD-Dateiauswahl
ABB_04D2.GSD : Modus 2 (kanalweise Parametrierung, Englisch)
ABB_04D2.GSG : Modus 2 (Deutsch)
ABB104D2.GSD : Modus 1 (modulweise Parametrierung, Englisch)
ABB104D2.GSG : Modus 1 (Deutsch)
5.2 Messbereich und HART-Freigabe
| Messbereich |
HART- |
Statusbeschreibung |
| 0…20 mA |
AUS |
Nur Analogsignal, HART-Kommunikation wird nicht unterstützt |
| 4…20 mA |
AUS |
Analogsignal + Leitungsüberwachung, HART nicht aktiv |
| 4…20 mA |
AN |
HART-Statusabfrage und Variablenauslesung aktiviert |
5.3 Filter-/Dämpfungseinstellung
Wählbare Filterzeitkonstanten: AUS, 0,1 s, 2,6 s, 29,2 s.
Bei aktivierter HART-Kommunikation wird eine Filtereinstellung ≥100 ms empfohlen, um die Signalstabilität sicherzustellen.
5.4 Fehlerersatzwertstrategie
Min. Wert: Gibt bei Fehler 3,6 mA (für den Bereich 4–20 mA) oder 0 mA (für den Bereich 0–20 mA) aus.
Maximalwert: Gibt bei Fehler 22 mA aus.
Letzter gültiger Wert: Enthält den letzten gültigen Abtastwert.
6. Diagnose und Wartung
6.1 Statusüberwachung und Alarme
Das Modul meldet den Echtzeitstatus über PROFIBUS-Diagnosetelegramme, darunter:
Anomalien bei der Stromversorgung
Kommunikationsunterbrechungen
Kanaldrahtbruch / Kurzschluss / Überlastung
Kommunikationsfehler des HART-Geräts
Übertemperatur des Moduls
6.2 Schritte zur Fehlerbehebung
Überprüfen Sie die Stromversorgung und die Kabelverbindungen.
Überprüfen Sie die Einstellungen für die PROFIBUS-Adresse und die Baudrate.
Verwenden Sie DTM oder SMART VISION, um detaillierte Diagnoseinformationen zu lesen.
Überprüfen Sie, ob die Versorgungsspannung des Senders den Anforderungen entspricht.
Bestätigen Sie die HART-Geräteadresse und die Kommunikationsparameter.
6.3 Hot-Swap-Verfahren
Stellen Sie sicher, dass die Hot-Swap-Funktion im Steuerungssystem aktiviert ist.
Schalten Sie den betroffenen Teil des Steuerungssystems spannungsfrei oder versetzen Sie ihn in den Wartungsmodus.
Entfernen Sie das defekte Modul und setzen Sie das Ersatzmodul ein.
Das System erkennt die Kommunikation automatisch und stellt sie wieder her, ohne dass ein Konfigurationsdownload erforderlich ist.
7. Kompatibilität und Systemintegration
7.1 Integration mit ABB-Steuerungssystemen
AC870P: Integriert über DTM, unterstützt LSB-Statusformat, automatische Datenskalierung.
AC800F: Verwendet GSD-Import oder Vorlagen; Das MSB-Statusformat wird empfohlen.
AC800M: Integriert über HWD-Dateien, unterstützt prozentuale Skalierung und Statusfusion.
7.2 Integration von Drittsystemen
Es werden Standard-PROFIBUS-GSD-Dateien bereitgestellt, die mit den meisten gängigen SPSen und DCSs kompatibel sind.
Erweiterte Konfiguration und Diagnose können über das FDT/DTM-Framework erreicht werden.
7.3 Software-Tool-Unterstützung
ABB-Gerätebibliothek: Enthält die komplette DTM-Suite und Symbole.
SMART VISION: Für die Konfiguration und Überwachung von HART-Geräten.
Control Builder: Zur Programmierung und Hardwarekonfiguration der AC800-Serie.
