De PROFINET, PROFIBUS & IO-Link dag. 7 juni 2012

De PROFINET, PROFIBUS &

IO-Link dag 7 juni 2012

.

Profibus ook de juiste techniek

in applicaties met explosie risico

Onderwerpen 3

Explosie driehoek Temperatuur- en gasklassen Zonering Apparaat markeringen Beschermtechnieken en methoden Profibus met FISCO Toepassingen Engineering wenken Samenvatting/conclusie

John van Leeuwen & Charles Preeker / PI in explosiegevaarlijke omgevingen

Explosie driehoek 4

Ontstekingsbron Warmte

Gas Stof

Vonk

Lucht

ATEX


Eigenschappen van gassen bij ontsteking door vonken 5

Propaan-lucht (1 bar) 1,0

Ethyleen-lucht (1 bar)

Ontsteekenergie (mJoule)

Waterstof-lucht (1 bar)

0,1

Minimum Ontsteek Energie (MIE)

Brandbaar gebied

0,01

0

10

Lower Explosive Limit (LEL)

20

30

40

50

60

Volume concentratie (%)


70

80

90

100

(UEL) Upper Explosive Limit

Explosiegrenzen 6

Gas/lucht mengsels zijn ontsteekbaar over een concentratiegebied, het:

Brandbaar gebied Materiaal Lower Explosive Limit Upper Explosive Limit

Minimum * ontsteekenergie

LEL

UEL

propaan

2%

9,5 %

180µJ

ethyleen

2,7 %

34 %

60µJ

waterstof

4%

76 %

20µJ

* van meest makkelijk ontsteekbaar mengsel (MEIC)


Gas Groep: de twee hoofdsystemen

7

Gas Groep indeling Referentie (test) gas/stof

IEC landen inclusief EEG

USA & Canada

Acetyleen Waterstof Ethyleen Propaan

Groep IIC Groep IIC Groep IIB Groep IIA

Firedamp

Groep I (mijnbouw)

(Geen classificatie)

Metaalstof Koolstof Bloem, zetmeel, graan

Stof (nog) niet ingedeeld

Class II, Group E Class II, Group F Class II, Group G

G

D

Vezels & vlokken Firedamp = Combinatie Methaangas en Koolstof John van Leeuwen & Charles Preeker / PI in explosiegevaarlijke omgevingen

Class I, Group A Class I, Group B Class I, Group C Class I, Group D

Class III

Ontsteekbaarheid

Makkelijker te ontsteken

Temperatuur Klasse 8

Brandbare stoffen hebben een temperatuur waarbij spontane ontbranding plaatsvindt, zelfs zonder externe bron

Ontsteektemperatuur van die stof

Apparaten dienen zodanig geselecteerd te worden dat ze het gasmengsel niet blootstellen aan temperaturen boven de ontsteektemperatuur John van Leeuwen & Charles Preeker / PI in explosiegevaarlijke omgevingen

Gas/apparaat compatibiliteit 9

700

Gas Ontsteektemperatuur

Ammoniak 630 Waterstof 560 Methaan 537 Propaan 470 Ethyleen 425

600

Apparaat Temperatuur Classificatie

500 T1

400

Butaan 365

300

T2

Diethylether 170

200

T3

Zwavelkoolstof 95

100

Cyclohexaan 259 T4 T6


T5

Temperatuur Klasse (IEC/Europa) 10

Temperatuur klasse

Maximum oppervlakte temperatuur

T1

450 °C

T2

300 °C

T3

200 °C

T4

135 °C

T5

100 °C

T6

85 °C


Tomg = 40°C tenzij anders aangegeven Gebruik boven gegeven Tomg noodzaakt nieuwe beoordeling

Veiliger Apparaat

Gebiedsclassificatie: GASSEN in IEC/Europese landen

Gebieden worden geclassificeerd naar de waarschijnlijkheid dat een potentieel explosiegevaarlijke atmosfeer aanwezig is en tijdsduur waarop het er zal zijn

Zone 0: een explosief gas-lucht mengsel is continu aanwezig of aanwezig voor lange periodes

Zone 1: er is een grote kans dat een explosief gas-lucht mengsel aanwezig is onder normale bedrijfssituatie

Zone 2: het is niet waarschijnlijk dat onder normaal bedrijf een explosief gas-lucht mengsel aanwezig is, en als het voorkomt dan slechts voor korte tijd


11

Voorbeeld plant zone-indeling 12

gevaarlijk gebied zone 1 gevaarlijk gebied zone 2 niet-gevaarlijk gebied C (= luchtinlaat analyzer-huis)

maaiveld controlekamer

tank put


Waarom explosieveilige installaties 13


Apparatuur Markering CENELEC 14

E Ex d IIB T6

CENELEC/IEC

Temperatuur Klasse (Groep II) Gas Groep

IIA Propaan – IIB Ethyleen – IIC Waterstof

Type van protectiecode

Letter van toegepaste techniek

Explosie protectiesymbool

Overeenstemming met Europese Standaard

Markering voor gassen John van Leeuwen & Charles Preeker / PI in explosiegevaarlijke omgevingen

T1 = 450 °C T2 = 300 °C T3 = 200 °C T4 = 135 °C T5 = 100 °C T6 = 85 °C Referentie is omgeving van -20 tot +40 °C, tenzij anders aangegeven

Apparatuur Markering ATEX 15

CE Markering EC symbool explosieve atmosfeer (epsilon x) Apparatuur Groep

I = Mijnen - II = Niet-mijnen

Apparatuur Categorie

1: Zone 0, 20 - 2: Zone 1, 21 - 3: Zone 2, 22

Soort explosieve atmosfeer

II 1 G

ATEX 95

E Ex d IIB T6 John van Leeuwen & Charles Preeker / PI in explosiegevaarlijke omgevingen

Groep II: G = gas D = stof

Beschermingstechnieken elektrisch materieel

Techniek

Beschermingtechniek

Ex

IEC EN Typische toepassingen standaard

Overdruk

p

60079 - 2

Controle kamers, analysers

Olievulling

o

60079 - 6

Transformators, schakelaars

Zandvulling

q

60079 - 5

Instrumentatie, machines

Ingieten

m

60079-28

Instrumentatie, spoelen

Speciaal Ontwerp

Verhoogd veilig

e

60079 - 7

Motoren, lampen, klemmen etc

Niet-ontstekend

n

60079-15

Instrumentatie, klemmen etc

Energie limit.

Intrinsiek veilig

ia/ib

60079-11

Instrumentatie, regelapparaten

Omhulling

Drukvast

d

60079 - 1

Schakelaars, motoren, pompen

Speciaal

Speciaal

s

-

Afscheiding

Algemene voorwaarden, alle technieken

60079 - 0

Altijd van toepassing

Typische beschermingsmethoden voor Profibus 17

Zone 0 Category 1 Ex ia

Zone 1 Category 2 Ex ia, ib Ex d Ex e Ex m


Zone 2 Category 3 Ex nL Ex nA

Basis - PROFIBUS Netwerk 18

PROFIBUS Master Segment 1

Segment 2

Segment 3

Segment 4

max. 32 DP Slaves

max. 32 DP Slaves

max. 32 DP Slaves

max. 32 DP Slaves

PROFIBUS DP < 12 Mbit/s

R

R

Glasvezel kabel

R

Segment 5 (Niet Ex-gebied)

PA I.S.

DP

max. 32 PA Slaves

PA PROFIBUS PA 31,25kbit/s; High Power Trunk

Niet Ex-gebied Ex-gebied PROFIBUS PA 31,25kbit/s; I.S.

Segment 6 (Ex-gebied) max. 32 PA Slaves John van Leeuwen & Charles Preeker / PI in explosiegevaarlijke omgevingen

Basis - PROFIBUS PA 19

 PROFIBUS PA is een Veldbus  Data & energie gezamelijk over één 2-Draadverbinding

 Gestandariseerd volgens IEC 61158-2 (Physical Layer)  Tot125 apparaten zijn op een Master aan te sluiten  Overdrachtsnelheid vast 31,25 kbit/s

 Per PROFIBUS segment tot 32 apparaten aan te sluiten  Maximaal 4 repeaters (PROFIBUS DP staat 9 repeaters toe)  Let op het totale stroom verbruik van alle apparaten  De voedingsbron moet de totaal benodigde stroom leveren

 PROFIBUS PA staat een max. kabellengte van 1900m toe  Let op de spanningsval over de veldbuskabel  Maximaal toegestane spanning (Niet EX) is ≤ 32V DC  Minimale spanning op het apparaat > 9V DC ( 10%)  Maximale aftaklengte (Spur) is 120 m


Basis PROFIBUS PA met Ex i 20

Fieldbus Intrinsic Safety COncept  FISCO IEC 60079-27:  Begrenzing van de kabellengte (maximaal 1000 m met T-aftakkingen)  Maximaal lengte aftakleiding (spur) 60 m  Energiebegrenzing in het intrinsiekveilige deel van het systeem  Mechanische afscherming (bekabeling en apparatuur)  Eenvoudige aantoonbaarheid van intrinsieke veiligheid  Producenten voldoen aan grenswaarden en bevestigen conformiteit  Gebruiker dokumenteert conformiteit van apparaten en bekabeling.


Voorwaarden FISCO 21

   

 

Norm IEC 61158-2 Fieldbus Intrinsic Safe Concept Alle deelnemers, behalve de Power Supply, werken passief

Alleen één actieve deelnemer per segment toegestaan De waarden Ui, en Ii van elke deelnemer moet groter of gelijk zijn aan de U0, and I0 van de Power Repeater (basis van intrinsieke veiligheid) De waarden Ci en Li van elke deelnemer moet kleiner of gelijk zijn aan 5 nF resp. 10 µH (verwaarloosbaar klein; probleem ontwikkelaars!) De stroomopname van de deelnemer > 10 mA.


Basis PROFIBUS PA met Ex i 22

High-Power Trunk (als Ex-e)  Kabels worden mechanisch en elektrisch van Ex-i gescheiden  Energie wordt door Fieldbarriers in het veld begrensd  Werkzaamheden aan apparatuur is mogelijk zonder “gasvrij“ verklaring


PROFIBUS DP met Remote I/O 23

II 3 G EEx nA II T4 II 1/2 Ex ia IIC/IIB T4

LI

II 2 G Ex d IIC T4

LIC II 3 G Ex nA II T6

Safe Zone

Zone 2 II 3 G

FI

Zone 1 II 2 G


Zone 0 II 1 G

PI

PROFIBUS PA Zone 2 24

FISCO Ex ic LI DP PA

LIC FI

Safe Zone


Zone 2

PI

PROFIBUS PA voor Zone 1 25

Zone 2

High power trunk FISCO Ex ib LI

DP PA

LIC FI

Safe Zone


Zone 1

PI

Engineering 26

Berekening van Ex loops Eex i interface

R, L, C

Po, Uo, Io Co, Lo

Veld instrument

Pi , Ui , Ii Ci , Li

Procedure:



Controleer Ex i veiligheid-parameters van alle instrumenten



Controle voor overeenstemming:

 

Uo =< Ui , Io =< Ii , Po =< Pi …...voor elk instrument Evaluatie van netwerk capaciteit en inductie

 

Ci + Ckabel =< Co

Li + Lkabel =< Lo


Engineering 27

Ontwerp algemeen  Bedrading DP  Max. deelnemers < 31, anders repeaters nodig  Kabellengte afhankelijk van de Baudrate  LET OP! Bij toepassing van PA instrumenten goed letten op de configuratie in verband met het aantal adressen op DP bus. Verschil in transparant en modulair opgebouwde systemen.

 Onderhoud  niet altijd werken aan draaiende installatie


Engineering 28

Ontwerp Ex installatie  Bedrading DP  Ex e verhoogde veiligheid, mechanische bescherming  Ex i (intrinsiek veilig), bij voorkeur blauwe kabel

 Kabellengte  BUS - Afhankelijk Baudrate Profibus DP  IO- Afhankelijk van safety parameters indien van toepassing 

Voor intrinsiek veilige circuits moeten loopberekeningen worden gemaakt

 Onderhoud 

niet altijd werken aan installatie onder spanning

 Ex e = NIET  Ex nA = NIET  Ex d = NIET

Ex i = WEL Ex nL = WEL


Samenvatting 29

 Algemeen Goede specificaties opstellen Aantal deelnemers per master DP/PA transparant of modulair

 Ex installatie Keuze voor beschermingswijze Noodzakelijke berekeningen,certificering voedingen voor PA segmenten kabellengtes Ex loops


Bedankt voor uw aandacht 30


De PROFINET, PROFIBUS & IO-Link dag. 7 juni 2012

Recommend Documents