Data Generation, Collection & Transfer
08.04.2019

30 Jahre Remote IO – damals, heute, morgen

Vor 30 Jahren betrat R. Stahl mit der Entwicklung seines ersten Remote-IO-Systems technologisches Neuland. Heute haben sich Remote-IO-Systeme als moderne und zukunftsfähige Lösung etabliert. Insbesondere bei der ­Installation in Ex-Bereichen spielen sie ihre Vorteile aus. Dabei wurden die Systeme in den vergangenen Jahrzehnten kompakter, kommunikativer und leistungsfähiger. Und auch die Themen Selbstüberwachung und Diagnose haben Einzug gehalten.

R. Stahl bietet seit 30 Jahren Remote-IO-Systeme an und setzt immer wieder neue Maßstäbe

R. Stahl bietet seit 30 Jahren Remote-IO-Systeme an und setzt immer wieder neue Maßstäbe

Remote-IO-Systeme zeichnen sich aufgrund diverser Vorteile für den Einsatz in Ex-Bereichen aus: Sie bringen Platz- und Kosteneinsparungen in der Warte, niedrigere Kosten in der Feldverkabelung und der dazugehörigen Planung, höhere Anlagenverfügbarkeit durch umfangreiche Diagnosen aus dem Feld sowie einen flexiblen Einsatz in Verbindung mit einer großen Vielfalt an Busprotokollen mit.

Der Beginn einer Erfolgsgeschichte

Sein erstes Remote-IO-System für explosionsgefährdete Bereiche der Zone 1 hat R. Stahl 1988 unter dem Namen „Eigensicheres Feldbussystem ICS MUX“ auf den Markt gebracht. Schon damals erfüllte dieses zahlreiche Anforderungen an moderne Remote-IO-Systeme, wie eine standardisierte Busanbindung (IEC 625/IEEE 488; RS-232), separate Diagnoseschnittstellen (RS-232, Servicebus), Feldbus im Ex-Bereich (1 Mbit/s, eigensicher, 1.000 m) und hohe Verfügbarkeit (Kommunikationsredundanz).

ICS MUX war das erste Remote-IO-System mit hot-swap-fähigen Baugruppen, die in der Zone 1 im Betrieb getauscht werden durften. Trotzdem fand es am Markt wenig Akzeptanz: Ein digitaler Bus in Ex-Bereichen kam damals für viele Anwender noch nicht infrage.

Die boomende Offshore-Industrie erkannte allerdings die Vorteile von Remote IO. Gewichtseinsparungen durch die Reduzierung von Kabel und Leitungen sowie zusätzliche Ferndiagnosen waren damals die überzeugendsten Argumente. Deshalb befinden sich auch heute noch Remote-IO-Systeme der 1. Generation von R. Stahl auf Offshore-Plattformen im Einsatz.

Mit der Verbreitung und Akzeptanz standardisierter, herstellerneutraler und interoperabler digitaler Busse wuchs dann die Akzeptanz von Remote-IO-Systemen. Insbesondere der Profibus DP dient bis heute bei vielen dieser Systeme als Basis der Feldkommunikation. Auch hier leistete R. Stahl Pionierarbeit, um den schnellen und für große Datenmengen konzipierten Profibus DP in explosionsgefährdeten Bereichen komfortabel einzusetzen. Als Zündschutzart wurde die „Eigensicherheit“ gewählt. Diese gestattet die Installa­tion, Erweiterung und Wartung von Bussegmenten in Ex-Bereichen nahezu ohne Einschränkungen. Bis heute basieren die meisten ­modernen Remote-IO-Systeme auf dem mittlerweile standardisierten eigensicheren Profibus DP.

Aus ICS MUX entstand Mitte der 1990er-Jahre die kompaktere und preiswertere VOS200, die über einen eigensicheren Feldbus sowie Profibus DP oder Modbus RTU mit vielen Prozessleitsystemen kompatibel war. Zusätzlich wurde auch das weitverbreitete Hart-Protokoll unterstützt.


Aus ICS MUX entstand VOS200, die über einen eigensicheren Feldbus und Profibus DP oder Modbus RTU mit vielen Prozessleitsystemen kompatibel war

Aus ICS MUX entstand VOS200, die über einen eigensicheren Feldbus und Profibus DP oder Modbus RTU mit vielen Prozessleitsystemen kompatibel war


Die 2. Generation

Mit dem IS1-System präsentierten die Ex-Spezialisten zur Jahrtausendwende ihre zweite Generation explosionsgeschützter Remote-IO-Lösungen. IS1 basiert auf einer eigensicheren Systemplattform mit Ex-i-Feldbus und eigensicherer Ansteuerung der IO-Module zum Anschluss von Ex-i- und Nicht-Ex-i-Feldgeräten. Installation, Wartung oder Erweiterungen sind damit in Ex-Bereichen am System und am eigensicheren Feldbus unter Spannung zulässig (hot-work). Das Hinzufügen oder der Austausch von IO-Modulen und Ex-i-Feldgeräten sind ebenfalls in der Zone 1 erlaubt (hot-swap). Die interne eigensichere Systemverdrahtung erfolgt über eine einfache, robuste in einer DIN-Schiene eingebettete Bus-Rail. In der Zone 1 sind damit bis zu acht IO-Module (64 analoge/128 digitale Signale) und in der Zone 2 bis zu 16 IO-Module (128 analoge/256 digitale Signale) verwendbar. Hart sowie umfangreiche Diagnosen werden transparent übertragen. Die CPU- und Power-Module erzeugen die eigensichere interne Versorgung des Systems. Mit IS1 lassen sich Feldstationen in der Zone 1 oder in der Zone 2 errichten, ohne dass Ex-d- oder Ex-p-Gehäuse erforderlich sind. Kunststoff- bzw. Edelstahlgehäuse mit Eignung für den jeweiligen Einsatzbereich sind ausreichend.


Mit IS1 wurde ein Remote-IO-System entwickelt, das nach Kenntnisstand von R. Stahl das weltweit am häufigsten eingesetzte Zone-1-Remote-IO-System ist

Mit IS1 wurde ein Remote-IO-System entwickelt, das nach Kenntnisstand von R. Stahl das weltweit am häufigsten eingesetzte Zone-1-Remote-IO-System ist


Ethernet hält Einzug

2010 kam mit IS1 Ethernet das erste Remote-IO-System für die Zone-1-Installation mit Ethernet-Connectivity auf den Markt. Um Ethernet-Installationen in Ex-Bereichen einfach zu realisieren und eine störsichere Übertragung zu gewährleisten, nutzt IS1 Ethernet eine explosionsgeschützte optische Übertragung über Lichtwellenleiter in der Zündschutzart „inhärent sicher op is“ (IEC 60079-28). Das Schutzkonzept funktioniert über optische Energiebegrenzung ähnlich der Eigensicherheit. Es erlaubt neben der robusten Übertragung und Unabhängigkeit von Schirmungs- und Erdungsqualität auch Entfernungen bis 30 km. Damit wurden erstmals Installationen mit Modbus TCP, Ethernet/IP und Profinet auch in der Zone 1 möglich.  

Die Neuentwicklung der IO-Ebene im Jahr 2013 war der nächste logische Schritt in der Remote-IO-Evolution. Multifunktionale IO-Module erlauben den gemischten Betrieb von Ein- und Ausgängen für analoge bzw. digitale Feldsignale sowie von Widerstandssensoren und Thermoelementen. Sie ermöglichen kompaktere und preiswertere Systeme auch bei kleineren und in­homogenen Signalmischungen sowie Einsparungen bei der Ersatzteilhaltung. Das neue Low-Power-Design ist für den Einsatz in extremen Umgebungen mit Temperaturen von –40°C bis 75°C ausgelegt. Gleichzeitig wurde der Energiebedarf des Systems um bis zu 50 % reduziert und eine erweiterte Lebensdauer von mindestens 15 Jahren erreicht. Die Module haben LED-Statusmeldungen je Kanal für Fehler und Schaltzustand. Eine Neuerung ist die „blaue LED“ – angelehnt an die Namur-Empfehlung NE107 „Selbstüberwachung und Diagnose von Feldgeräten“ – für die Statusmeldung „Wartungsbedarf“, welche beispielsweise bei Übertemperatur ausgelöst wird. Alle Meldungen werden ebenfalls über den Prozessbus und Servicebus zum Leitsystem und Plant-Asset-Management-System übertragen. Die „blaue LED“ dient weiterhin als integrierte „Verschleißerkennung“: Im Betrieb werden alle relevanten Betriebs­parameter erfasst; daraus errechnet das Modul eine zu erwartende Lebensdauer und meldet sich rechtzeitig vor dem möglichen Ausfall. Vorausschauende oder proak­tive Maintenance-Konzepte sind damit realisierbar.

Bei der neuen IS1+-Generation wurde großer Wert auf die vollständige Kompatibilität zu ihren Vorgängermodulen gelegt. Sie ersetzt ­diese ohne Änderungen in der Hardware und Software. Die zwei Generationen der IO-Module können auch gemischt in einem System betrieben werden.

Ethernet in der Prozessautomatisierung

Und die Entwicklung geht weiter: Aktuell stellt R. Stahl eine neue Generation IS1+ für die Zone 2 mit Ethernet-Connectivity vor. Das neue CPU-Modul hat eine RS-485- sowie zwei Ethernet-Schnittstellen und ist multiprotokollfähig. Unterstützt werden Profibus DP und die Ethernet-Protokolle Profinet, Ethernet/IP sowie Modbus TCP. Der Anwender kann vor Ort das zu verwendende Protokoll per Schalter auswählen, sodass sich Flexibilität bei Ankopplungen an unterschied­liche Leitsysteme mit verringerter Lagerhaltung verbindet. Die innovativen Funktionen der IO-Ebene sind ebenfalls enthalten. Dazu gehören der erweiterte Temperaturbereich von –40°C bis 75°C in beliebiger Montagelage sowie die integrierte Diagnose inklusive der „blauen LED“ sowohl für CPU als auch für das Power-Modul. Letzteres wird damit zu einem intelligenten Versorgungsmodul. Ein separater Servicebus ist nicht unbedingt erforderlich, da Diagnosedaten auch über das Ethernet-Netzwerk wahlweise mittels DTM oder dem inte­grierten Webserver übertragen werden. Mit der neuen CPU ist eine leistungsfähige Hardware-Plattform verfügbar. Diese ist gerüstet für aktuelle und zukünftige Anforderungen an Remote-IO-Systeme.


Die neuen CPU- und Power-Module für Zone 2 für das IS1+-System bieten Unterstützung für Profibus DP und Profinet, Ethernet/IP und Modbus TCP

Die neuen CPU- und Power-Module für Zone 2 für das IS1+-System bieten Unterstützung für Profibus DP und Profinet, Ethernet/IP und Modbus TCP

Die neuen CPU- und Power-Module für Zone 2 für das IS1+-System bieten Unterstützung für Profibus DP und Profinet, Ethernet/IP und Modbus TCP


Standardisierungsaktivitäten

R. Stahl ist in zwei Arbeitsgruppen aktiv, um eigensicheres Ethernet zu standardisieren und interope­rabel zu machen. Während die Arbeitsgruppe APL (Advanced Physical Layer) eine Long-Range-2-Draht-Lösung in Zusammenarbeit mit der IEEE 802.3cg konzipiert, arbeitet die Working Group „Intrinsically Safe Ethernet“ an der korrespondierenden 4-Draht-Ausprägung. Unabhängig vom Physical Layer spielen auch Integrations- und Kommunikationsthemen eine große Rolle im gesamten Indus­trie-4.0-Umfeld. Themen, wie OPA (Open Process Automation), NOA (Namur Open Architecture) und auch OPC UA (Open Plattform Communications Unified Architecture) passen ideal zu modularen und leistungsfähigen Remote-IO-Systemen. So bietet sich auch in Zukunft Potenzial für weitere innova­tive Lösungen mit Remote-IO-Technologie.

www.stahl.de


André Fritsch ist Produktmanager Remote IO und Feldbus bei R. Stahl. André Fritsch ist Produktmanager Remote IO und Feldbus bei R. Stahl.

20 Jahre openautomation

Die Grundidee bleibt, die Dimensionen wachsen

„Eine Branche im Umbruch: Anwender fordern in aller Deutlichkeit kostensenkende, flexible und offene Automatisierungslösungen sowie Durchgängigkeit vom Sensor bis zum Management“ – dieser Grundanspruch hat sich über die letzten 20 Jahre nicht geändert, aber die Dimensionen, die neue Technologien mit sich bringen, lassen die Industrie 4.0 Wirklichkeit werden. Immer im Mittelpunkt dabei: Daten – das viel gepriesene Öl des 21. Jahrhunderts. Die Grundidee der vertikalen Integration bleibt, nur das Wording ändert sich heute.

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Zum Schmunzeln

Mann beim Bäcker: „Ich hätte gerne vier Brötchen.“
Bäcker: „Wenn Sie nur drei nehmen, gibt es eins umsonst!“
(Mann überlegt, wer hier nun der Vollidiot ist.)
Copyright © VDE VERLAG GMBH, zuletzt aktualisiert am 25.04.2019