Das I/A Series® System ist eine intelligente Automatisierungsplattform, die von Invensys Foxboro (heute Teil von Schneider Electric) entwickelt wurde und in der Prozesssteuerungsindustrie weit verbreitet ist. Sein eigensicheres (IS) I/O-Subsystem ist eine wichtige Komponente, die für die sichere und zuverlässige Signalerfassung und -steuerung in potenziell explosiven Atmosphären (z. B. Zone 1/Zone 21 oder Zone 2/Zone 22) entwickelt wurde.
Der Kern dieses Subsystems ist das eigensichere Kommunikationsmodul (ISCM), das als Brücke zwischen Steuerungsprozessoren der I/A-Serie (wie dem FCP270 oder ZCP270) und den eigensicheren E/A-Modulen von Pepperl+Fuchs (P+F) dient. Das ISCM unterstützt zwei Arten von P+FI/O-Modulen: LB-Stil (für Zone 2/Div. 2-Umgebungen) und FB-Stil (für Zone 1-Umgebungen). Über das ISCM werden diese E/A-Module von Drittanbietern vom System der I/A-Serie genau wie Standard-Feldbusmodule (FBMs) der 200er-Serie erkannt und verwaltet.
Systemmerkmale und -fähigkeiten
1. Umfangreiche Modulunterstützung
Das ISCM unterstützt eine breite Palette eigensicherer P+F-E/A-Module, darunter:
Analoge Eingangs-/Ausgangsmodule: z. B. 4–20-mA-Eingang (LB 3104), Thermoelement-/RTD-Eingang (LB 5102 F), Analogausgang (LB 4104) usw.
Digitale Ein-/Ausgabemodule: z. B. 8-Kanal-Digitaleingang (LB 1108), Digitalausgang mit Stellungsrückmeldung (LB 2101) usw.
HART-Kommunikationsmodule: Unterstützt HART-fähige analoge E/A-Module (z. B. LB 3102 A) und ermöglicht so die digitale Kommunikation und Konfiguration mit intelligenten Instrumenten.
Impulszähl- und Frequenzmodule: z. B. LB 1104 F (Impulszählung + Richtungserkennung), LB 1103 F (Frequenzeingang) usw.
2. Redundanz und hohe Verfügbarkeit
Unterstützt redundante ISCM-Konfigurationen. Im Falle eines primären ISCM-Ausfalls übernimmt das Backup nahtlos, ohne die Prozessdaten zu unterbrechen.
Unterstützt Netzteilredundanz, insbesondere in Zone-2-Anwendungen, wo ein drittes Netzteil als Backup dienen kann, um Systemausfälle zu verhindern.
3. Erkennung und Alarm von Leitungsfehlern
Die meisten P+FI/O-Module verfügen über eine Leitungsfehlererkennung (Line Fault Detection, LFD), mit der Folgendes identifiziert werden kann:
Analogstrom unter 0,5 mA oder über 22 mA
Offene Analogausgangsschleife
Offener oder kurzgeschlossener Digitaleingang
Durchgebranntes Thermoelement usw.
Bei Erkennung eines Fehlers leuchtet eine rote LED auf der Vorderseite des Moduls auf und das System wird über das I/O-BAD-Bit gewarnt, mit klaren Anzeigen sowohl auf den Block-Frontplatten als auch auf den Systemverwaltungsschnittstellen.
4. HART-Geräteintegration
Unterstützt die Kommunikation mit intelligenten Instrumenten über HART-E/A-Module und ermöglicht das Lesen multivariabler Daten (z. B. PV, SV, TV), Gerätestatus und Konfigurationsinformationen.
Unterstützt bis zu 80 HART-Geräte, 480 HART-E/A-Punktverbindungen und 12 HART-Pass-Through-Sitzungen.
Funktionsprinzipien des Systems
1. Kommunikationsarchitektur
Das ISCM kommuniziert mit den Steuerungsprozessoren der I/A-Serie (FCP270 oder ZCP270) über einen 2 MBit/s HDLC-Feldbus. Dieser Bus unterstützt redundante Pfade, um die Kommunikationszuverlässigkeit sicherzustellen. Beim ZCP270 erfolgt die Kommunikation über FCM100E/Et-Module, die das Protokoll für die Übertragung über ein Ethernet-Glasfasernetzwerk umwandeln.
2. Datenzuordnung und -emulation
Beim Start scannt der ISCM automatisch die angeschlossenen P+FI/O-Module und erstellt entsprechende FBM-Datenstrukturen und Letterbug-Tabellen im Speicher. Dieser Emulationsmechanismus ermöglicht:
Das System verwendet zur Konfiguration Standard-Steuerblöcke der I/A-Serie (z. B. AIN, AOUT, CIN, COUT).
Konfiguration über grafische Tools wie das InFusion Engineering Environment (IEE) oder I/A Series ICC.
3. Letterbug-Adressierungsmechanismus
Jedes ISCM- und I/O-Modul wird durch einen eindeutigen 6-stelligen Letterbug identifiziert:
Die ersten 3 Zeichen werden während der Systemdefinition vom Benutzer definiert.
Das 4. Zeichen wird über einen Drehschalter am ISCM eingestellt (0–9 oder A–F), wodurch verschiedene ISCMs unterschieden werden.
Das 5.–6. Zeichen stellt die Modulsteckplatznummer dar (01–48); Module mit doppelter Breite verwenden die linke Steckplatznummer.
4. Redundanz-Synchronisationsmechanismus
Redundante ISCMs synchronisieren ihre Datenbanken über den Kommunikationsbus auf der Basiseinheit. Wenn der primäre ISCM ausfällt, kann das Backup innerhalb von Millisekunden übernehmen und die Kommunikation mit den I/O-Modulen fortsetzen. Beachten Sie, dass es bei digitalen Daten von HART-Geräten zu einer kurzen Unterbrechung kommen kann, während die Kommunikation wiederhergestellt wird.
5. Überwachung und Alarmierung der Stromversorgung
Das ISCM überwacht den Status aller angeschlossenen Netzteile (bis zu 6 LB-Style oder 4 FB-Style) und meldet Anomalien über Bitzustände im Diag Status 1 Byte. Benutzer können die Überwachung für bestimmte Netzteile mithilfe des Parameters SYSOPT deaktivieren.
6. Konfiguration und Blockverarbeitung
Jeder ISCM ist mit einem ECB200 (Einzelmodul) oder ECB202 (redundantes Paar) konfiguriert.
Jedes E/A-Modul ist mit einem entsprechenden ECB konfiguriert (z. B. ECB1 für Analogeingang, ECB53 für Analogausgang).
Steuerblöcke (z. B. PID, AIN, AOUT) verwenden den Parameter PNT_NO, um auf bestimmte E/A-Kanäle zu verweisen.
7. Sicherheit und Zertifizierung
Alle P+FI/O-Module sind ATEX/IECEx-zertifiziert für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen.
Das System unterstützt Safety Integrity Level (SIL) 2; Einige Module verfügen über unabhängige Abschalteingänge für Safety Instrumented Functions (SIF).
Typische Anwendungsszenarien
Öl und Gas: Bohrlochkopfsteuerung, Kompressorüberwachung, Tanklagermessung
Chemie und Pharmazie: Reaktortemperaturregelung, Durchflussmessung, Sicherheitsverriegelungssysteme
Energie & Energie: Kesselsteuerung, Gasturbinenüberwachung
Wasseraufbereitung: Steuerung der Pumpstation, Überwachung der Wasserqualität
