Remote-I/O-Modul

Was Remote-I/O auszeichnet

In einem klassischen Automationssystem ist jeder Sensor und jedes Ventil bis zu einem zentralen Schrank verdrahtet. Bei Remote-I/O wird ein Ein-/Ausgabemodul in der Nähe der Ausrüstung installiert, erfasst die Signale der Feldgeräte und sendet sie über einen Feldbus oder industrielles Ethernet an die Steuerung. Das spart Kabel, verkürzt die Installationszeit und erleichtert spätere Systemerweiterungen. Auf einem Schiff sitzen die Module in Maschinenräumen, an Deck und in lokalen Tafeln und müssen daher Hitze, Vibration und elektrisches Rauschen von Umrichtern und Generatoren verkraften. Ein einzelnes Modul kann Dutzende Signale führen, wodurch sein Ausfall folgenreicher ist als der eines einzelnen Sensors.

Hauptbauarten

• Modulare, hutschienenmontierte I/O-Systeme, bei denen ein Buskoppler um steckbare Ein- und Ausgabemodule erweitert wird
• Kompakte I/O-Blöcke mit einer festen Kanalzahl für eine festgelegte Aufgabe
• Eigensichere I/O für Signale, die in explosionsgefährdete Bereiche führen
• I/O mit integrierter Diagnose und teilweise Hot-Swap-Fähigkeit, sodass ein Modul im laufenden Betrieb getauscht werden kann
• Gateway- und Schnittstellenmodule, die Feldgeräte oder serielle Geräte mit dem Steuerungsnetz verbinden

Hauptkomponenten

• Buskoppler oder Kopfstation, die die Netzwerkadresse und die Busschnittstelle enthält
• Digitale Ein- und Ausgabemodule für Schalter, Endschalter, Ventilmagnete und Relais
• Analoge Eingabemodule für 4-20 mA, Spannungs- und Temperatursignale wie PT100-Sensoren
• Analoge Ausgabemodule für Regelventile und Antriebe
• Einspeise- und Feldversorgungsmodule, die den Sensoren und Aktoren eine abgesicherte Versorgung bereitstellen

Auswahl und Dimensionierung

• Signalarten und Kanalzahl, mit einer Reserve für spätere Erweiterungen
• Busprotokoll, das zur Steuerung passt, zum Beispiel PROFIBUS, PROFINET, Modbus, CANopen oder EtherCAT
• Galvanische Trennung und Überspannungsschutz, damit sich ein Fehler in einem Kanal nicht auf den Rest des Systems überträgt
• Diagnose: Drahtbruch- und Kurzschlusserkennung sowie kanalbezogene Fehlermeldungen
• Redundanz von Bus, Spannungsversorgung oder Koppler, wo die Funktion sicherheitsrelevant ist
• Umgebungsdaten: Temperaturbereich, Vibration, Feuchtigkeit und Schutzlackierung für einen rauen Maschinenraum

Vorschriften und Klasse

Automationskomponenten für wesentliche Betriebssysteme benötigen eine Typzulassung der Klassifikationsgesellschaft, einschließlich Prüfungen auf Vibration, Temperatur, Feuchtigkeit und elektromagnetische Verträglichkeit. Das Zertifikat gilt für eine festgelegte Produktreihe und einen festgelegten Firmwarestand, sodass ein Modul derselben Familie, aber einer anderen Version unter Umständen nicht abgedeckt ist. Sicherheitsbezogene I/O, die in Abschalt- oder Branderkennungsfunktionen verwendet wird, kann zusätzlich eine Einstufung nach Sicherheitsintegritätslevel gemäß der einschlägigen Norm zur funktionalen Sicherheit erfordern.

Typische Störungen

• Lose oder korrodierte Klemmen, die zeitweise Signale verursachen, die wie zufällige Sensorfehler aussehen
• Verlust der Buskommunikation durch beschädigte Kabel, fehlenden Abschluss oder doppelte Adressen
• Ausgefallene Feldspannungsversorgung oder durchgebrannte Sicherung, die eine ganze Kanalgruppe lahmlegt
• Elektrisches Rauschen auf Analogeingängen durch schlechte Schirmung oder eine Erdschleife, erkennbar an instabilen Messwerten
• Moduldefekte nach einer Überspannung, bei denen ein einzelner Kanal auf einem festen Wert hängen bleibt
• Firmware- oder Konfigurationskonflikt nach einem Modultausch ohne Abgleich mit dem gespeicherten Setup

Worauf bei einem Lieferanten zu achten ist

• Ein Typzulassungszertifikat, das die Modulreihe und die abgedeckten Firmwareversionen nennt
• Langfristige Verfügbarkeit derselben Modulgeneration, da ein auslaufendes Modul einen größeren Umbau erzwingen kann
• Konfigurationssicherung und Austauschverfahren, damit ein neues Modul ohne Neuprogrammierung übernimmt
• Steckbare Klemmen und Beschriftung, die zur vorhandenen Verdrahtung passen
• Technischer Support für das gewählte Busprotokoll und dessen Inbetriebnahmewerkzeuge

Einen Ersatzkoppler und ein Ersatzmodul je Typ im Maschinenkontrollraum bereithalten, mit der Konfigurationsdatei auf Papier oder einem separaten Datenträger. So wird aus einem nächtlichen Alarm ein Austausch von zehn Minuten.