Készítette: Dr. Füvesi Viktor 2016. 4.
Foundation Fieldbus ???
Mi az a Foundation Fieldbus??? A Foundation Fieldbus (FF) egy folyamatirányítási céllal létrehozott specális számítógép hálózat, amely teljesen digitális, soros, kétirányú kapcsolatot teremt a terepi eszközök között. Lehetővé teszi a szabályzási feladatok elosztását a hálózaton. Szabványos hardver (jelelek, jelszint, stb.) Vezérelt adatátvitel (protokoll).
Foundation Fieldbus Technológia A Foundation Fieldbus rendszer összetevői: •Hardware elemek • tápegységek • vezérlők • kábelek • lezárások • jelismétlők (repeater) • hidak (bridge) •Software megoldások • protokoll • ábrázolás
Foundation Fieldbus rétegek 3 réteg
Felhasználói szint
Alkalmazói réteg
Fieldbus Message Specification - FMS Fieldbus Access Sublayer - FAS
NINCS HASZNÁLVA Menedzselési funkciók 3 -LLC LLC
Adatkapcsolati réteg Fizikai réteg
Polling Lehívás (pollozás)
H1
H2
Foundation Fieldbus rétegek-2
A Fieldbus az 1, 2 és 3 réteget használja (ez a “communication stack”), a felhasználói szinten a funkcióblokkok találhatók. Alkalmazási folyamatok (Application Process): • Funkciók • Kommunikáció A Fieldbus három AP-vel rendelkezik:
• Funkció blokkok alkalmazása • Hálózati menedzselés • Rendszer menedzselés
Foundation Fieldbus rétegek Fieldbus fizikai réteg
Fizikai közeg: • Vezeték • Üvegszál • Rádiós kommunikáció (vezeték nélküli)
Átviteli sebesség: • 31,25 kbps • 1 Mbps • 2,5 Mbps
Fizikai réteg Kódolás-1
Átvitel típusa: szinkron, soros, halfduplex Jel:
kétfázisú Manchester kód nincs start és nincs stop bit (szinkron átvitel) felfutó él=0, lefutó él=1
Órajel 1 Adat
Manchester kód
0
1
0
0
0
1
1
Fizikai réteg Kódolás -2 Adatátvitel preamble mint a telefonálásnál a csengőjel (órák összehangolása) start delimiter ez nem Manchester, ez egy adat data (a második rétegből) end delimiter Nem kódolt bitek: Non-data positive „N+” Non-data negative „N-”
Vezetékelés Topológia és jelszint Az eszközben biztosítani kell
a leválasztást a kommunikációs hardvertől (Media Attachment Unit - MAU), továbbá a földpotenciáltól a villamos problémák elkerülése miatt (multidropp üzem) Vezetékelési jellemzők • Csavart érpár (Twisted pairs) • IEC/ISA standard 1992 Topológia (lezárások és csatolók): • Busz • Fa • Pont-pont kapcsolat Jelszint: • Áram: 10 mA • Tápfeszültség: 9-32 V
Vezetékelés H1-Jelszint H1 • Szabályozási célra (szint, nyomás, hőmérséklet, stb.) • KÉT VEZETÉK - tápfeszültség és kommunikáció ugyanazon a vezetéken (BUS POWERED) • Gyújtószikramentes gát (IS-intrinsically safe barrier) beépíthető • Távadó jele: 10 mA; 31,25 kbps 50 mellett, feszültség: 1 Vp-p
Áram
V 100
100 0,75-1 Vp-p
15-20 mA p-p
PS
Vétel
Adás
t Fieldbus Network Lezáró RC, C= 1 μF- 31,25 kbps
Vezetékelés H1-Jelszint 2.
Busz feszültség
Távadó árama: nem kommunikál ~16 mA kommunikál (logikai 0) ~27 mA kommunikál (logikai 1) ~3.6 mA
Figyelem! Nem tévesztendő össze ez a logikai 0 és 1 a Manchester-kódolás fel- illetve lefutó jelével!
Vezetékelés HSE-Jelszint HSE • • • •
Csak busz topológia - a reflexiók miatt nem lehet leágazás Szabályozási rendszerekhez, advanced control, stb., NÉGY VEZETÉK - elválasztott táp és kommunikáció, Távadó jele: 60 mA; 1,5 vagy 2,5 Mbps 75 -nál , feszültség: 9 Vp-p
Áram 150
150 V
5,5-9 Vp-p
73-120 mA p-p
Vétel
Adás
t Fieldbus Network
Lezáró RC
Vezetékelés Távolságok és elemek száma Vezetékelés Maximális távolság: 31.25 kbps: 1 Mbps (feszültség) 1 Mbps (áram) 2,5 Mbps:
1900 m 750 m 750 m 500 m
• A teljes távolság a gerinc (trunk) és a leágazások (spur) együttes hossza Elemszám: Leágazás: 25-32 1m 19-24 30 m 15-18 60 m Miért fontos? 13-14 90 m 1-12 120 m • A leágazások távolsága növelhető aktív csatoló használatával • A gerinc távolsága növelhető jelismétlő (repeater) használatával • Szegmensen belüli topológia: normál, csirkeláb, kevert
H1 és HSE rendszer Csatlakoztatás
Megjegyzés:
• • •
Jelenleg: H1, Csatlakoztatás más rendszerekhez, Egyéb protokoll ASIC cseréjével
FF meghajtó HSE FF
Híd H1 FF
HSE – High Speed Ethernet Redundancia Teljesen redundáns rendszer kiépítése lehetséges! • Host redundacia • Média reduncia • Hálózat redundancia • Eszköz redundancia • egy portos eszközök egyszeres hálózaton • két portos eszközök egyszeres hálózaton • két portos eszközök dupla hálózaton • a két hálózatnak nem kell egyformának lennie!
Fieldbus H1 szegmens elrendezések-1 Busz topológia
Csatoló (coupler) TE lezáró Tápegység
GYSZV
Véglezáró
Gerinc (trunk)
Leágazás (spur) Csavart érpár STP
Fieldbus H1 szegmens elrendezések-2 Busz topológia
Tápegység
Táplálás a busz közepén, lezárás a két végén
GYSZV
Véglezáró
Véglezáró
Fieldbus H1 szegmens elrendezések-3 Fa topológia
Tápegység GYSZV
Gerinc
Csatoló
Táplezáró
Kábellezáró
FF rendszerek építőelemei A DC tápegységtől a terminatorig DC tápegységek • 230V AC/24V DC Fieldbus tápegységek (jelkondícionáló) • MTL5995 • Relcom FPS-I • P+F FPC • TURCK RPC49-205
Gyújtószikramentes leválasztók • MTL5053 (1900m) • MTL791 Zener-gát (120m) FISCO tápegységek (jelkondícionáló) • MTL9121-IS • MTL9122-IS
Jelismétlők • Smar RP-302 repeater, jelkondícionáló
Multibarrier • P+F Fieldbarrier F2D0-FB-Ex4.C • TURCK Multibarrier MDB49T415/Ex
RB-s dobozok • Trobox Rövidzárvédelem • Relcom Megablock • TURCK JRBS-40SC Lezáró impedanciák • 100 ohm+1 uF “terminator”
Fieldbus tápegységek
Fieldbus tápegység = feszültség forrás + kondícionáló Kondícionáló nélküli tápegység (egyszerű) nem használható, mert a kommunikációt nem teszi lehetővé (szuperpozíció)!
Fieldbus felé
Fieldbus terminátor Lezáró tag alkalmazása A Foundation Fieldbus-on általában a vezeték legtávolabbi végein kell elhelyezni két (és csak két) darab terminátort. A terminátor csökkenti a torzításokat valamint a jelveszteséget. Ilyen modulokat készen is lehet vásárolni kiöntött, illetve sínre szerelhető kivitelben is.
Elosztódobozok Junction Box A technológián meglévő elosztódobozok, sorkapcsok sínek felhasználhatóak!
átkötés
átkötés
Fieldbus vezetékek
Elosztódobozok-2 Speciális eszközök Elosztó doboz
Lezáró v. gerinc folytatás
Gerinc
Leágazások (spur-ok) az eszközök felé
Üresen hagyott (lezáratlan) ágak
Földelő csavar
A Foundation Fieldbus igényeit figyelembe véve tervezett és kivitelezett passzív elosztódoboz. • egyszerű csatlakozás • műgyantával kiöntött, nedvesség és rázkódás álló!
Elosztódobozok-3 Speciális eszközök
Trunk Trunk
Spur A Foundation Fieldbus igényeit figyelembe véve tervezett és kivitelezett passzív elosztódoboz. • egyszerű csatlakozás
Csatlakozók és kábelek (H1) Kétféle csatlakozó: • Eurofast • Minifast
Kétféle minifast kiosztás: (európai)
(amerikai) 1. Kék
(V-)
2. Barna
(V+)
3. Csupasz
(árnyékolás)
4. Zöld/sárga
(föld)
Kétféle kábel a Turck cégtől: Beltéri
type 491 (-40…+80 C)
Kültéri
type 490 (-50…+150 C)
Csatlakozók és kábelek (H1)-2 Típus
Megnevezés
Méret
Fajlagos ellenállás
Csillapítás
18 AWG 0.8 mm2
22 Ohm/km
3 dB/km
6232 ft 1900 m
Max. hossz
A
Árnyékolt, csavart érpár (STPShielded Twisted Pair)
B
Több érpáros, csavart, 22 AWG árnyékolt 0.32 mm2 (MTPS – Multi Twisted Pair with Shield)
56 Ohm/km
5 dB/km
3936 ft 1200 m
C
Több érpáros, csavart, (MTP – Multi Twisted Pair)
26 AWG 0.13 mm2
132 Ohm/km
8 dB/km
1312 ft 400 m
D
Sodrott, csavarás nélküli, árnyékolt
16 AWG 1.25 mm2
20 Ohm/km
8 dB/km
656 ft 200 m
Jelismétlők és egyéb eszközök Teszterek Hogyan kereshetünk hibát? •Fieldbus Technician •
a szegmens bármelyik pontjára csatlakoztatható
•
diagnosztika, konfigurálás, kalibrálás egy eszközben
•
PCMCIA kártya
•Relcom teszter •
feszültség és zaj mérés
•
kommunikációs hiba jelzése
• DeltaV Diagnostic •
melyik elem hibás
•
statisztika
Busz vezetékelés Földelés, árnyékolás A Fieldbus kábel árnyékolását csak a kábel egyik végén szabad bekötni! A spur vezetékek árnyékolását rá kell kötni a trunk vezeték árnyékolására, a trunk vezeték árnyékolását pedig egy helyen, általában a műszerszobában kell a földre kötni. Az árnyékolást az eszközöknél nem kell bekötni.
A Fieldbus kábel erei nem érintkezhetnek a földdel, mert akkor a kommunikáció lehetetlenné válik!
Busz vezetékelés Polaritás
A Filedbus jelek polarizáltak, illetve a tápfeszültségre szuperponáltak. A tápfeszültség szintén polarizált. Így a Fieldbus eszközöket polaritáshelyesen kell a buszra csatlakoztatni! A helytelen polaritással csatlakoztatott eszköz kommunikációra képtelen lesz! Léteznek olyan eszközök, amelyek automatikusan detektáljak a polaritást, így érzéketlenek a bekötésre, ezeknél az eszközöknél nincs jelölve a polaritás.
T
()
+
(+)
nem polaritásérzékeny
()
+
(+)
polaritásérzékeny
Adatkapcsolati réteg(Data Link Layer-DLL) IEC 61158/ISA S50 DLL két „alréteget” tartalmaz: Fieldbus Media Access Control (FMAC) - alsó rész Fieldbus Data Link Control (FDLC) - felső rész
Logikai
LLC Polling
Adatkapcsolati
FMAC
Fizikai
H1 jel csavart érpár
HSE jel STP
a „közeg hozzáférés” a token passing és a pollozás ötvözete Client/Server • egy elem lehet Client állomás vagy Server állomás • Client kér, Server válaszol • Client szerepet a token megkapásával veszi fel az elem • minden elem saját címmel rendelkezik a tokenben (DA -Destination Address and a SA- Source Address)
FDLC Kétféle üzenettípus: ütemezett (Scheduled) nem ütemezett (Unscheduled)
adatátvitel az elemek között (a szabályozási stratégia része), például folyamat változó (legmagasabb prioritás) adatátvitel az elemek és az operátor interfész között, pl. konfiguráció és diagnosztika
Alkalmazói réteg Fieldbus Message Specification - FMS FMS Fieldbus Message Specification (FMS) szolgáltatáson keresztül a felhasználó üzenetet küldhet a buszon lévő bármelyik elemnek, szabványos formátumban. FMS leírja: kommunikációs szolgáltatásokat, üzenet formátumokat, A Felhasználói alkalmazások üzeneteit. FMS kommunikációs szolgáltatások Context Management Services Pl. Status -az elem állapot beolvasása Identify - a gyártó, a típus, a változat leírása
Object Dictionary Services Object Description (OD) hozzáfárés és megváltoztatás
Variable Access Services Read és Write művelet Information report Define és Delete Variable List
Event Services
Upload Download Services Program Invocation Services
Riport és esemény menedzsment „Domain” upload /download Pl. Start, Reset, Stop
Alkalmazói réteg Fieldbus Access Sublayer - FAS FAS
A FAS ütemezett és nem ütemezett szolgáltatásai, amelyek a DDL-en közlekednek: Fieldbus Message Specification (FMS). A FAS szolgáltatásait a Virtual communication Relationships (VCR) írja le. Mi az a VCR? Mint a gyorstárcsázás - A telefonálás módjai: normál, konferencia, stb. VCR típusok Client/server
Report distribution
Publisher/subscriber
Setpoint változtatás Mode változtatás Tuning változtatás Upload/download Alarm kezelés Display kezelés Távdiagnosztika
Alarm jelek küldése az operátori megjelenítőre. Trend naplók küldése az archiváláshoz.
PV jel küldése a PID blokkhoz és az operátor konzolra
Felhasználói réteg Blokkok A Fieldbus Foundation definiálta a felhasználói rétegen (User Application) a blokkokat
Az eszköz jellemzőinek leírása: • elemnév, • gyártó, • sorozatszám Blokkok
Csak egy Resource Block
Resource Block
Transducer Block
Több Transducer Block lehetséges egy eszközben!
Function Block
Funkció blokkok Szabványos Az FF-891 Funkció blokkok (alap) Analog Input
AI
Analog Output
AO
Bias
B
Control Selector
CS
Discrete Input
DI
Discrete Output
DO
Manual Loader
ML
P/D
PD
PID
PID
Ratio
RA
• • •
FF-892 (advanced) további 19 szabványos blokkot definiál FF-893, FF-894 további blokkok Funkció blokkok AI-PID-AO, ahol AItávadóban, PID és AO- szelepben
Alarm Szűrő Field-value (%) PV skálázás
Linearizálás Kimeneti jel skálázása
Funkció blokkok Megjelenítése
Funkció blokkok Analóg input Kapcsolat az érzékelővel
!
Fieldbus felé
Funkció blokkok Analóg output
Fieldbus felé
! Kapcsolat a beavatkozóval
Funkció blokkok PID blokk
Nincs egyenes kapcsolata sem szenzorral, sem beavatkozóval! Az összes csatlakozója csak a Fieldbus felöl érhető el!
Csatornák Példa: 848T nyolc csatornás hőmérséklet távadó
Az AI blokkban be kell állítani a Channel változót, úgy hogy az megfelelő érzékelőre, illetve képzett jelre mutasson!
Távadó (Transducer) blokkok Objektumok A funkció blokkok és az eszköz I/O egységei csatlakoznak egymáshoz e.g.: analóg bemenet - távadó blokk (nyomástávadó)
Gyári és felhasználói beállítások Érzékelő
Mérnöki egység
Nyomás Trimmerelés
Hőmérséklet
Objektumok
Link
kapcsolat a FB bemenetek és kimenetek között (távoli elemek között is!)
Trend
a host és egyéb eszközök trendjeire
Alert
a busz események és vészjelek naplózására
View
négy blokkot definiál: Operation Dynamic; Operation Static; All dynamic; Other Static
A fizikai blokk-Resource Block
Fizikai blokk •
Csak egyetlen lehet egy eszközben.
•
Ez felelős a működés felügyeletéért (pl. öndiagnosztika).
•
Ez tartalmazza az eleminformációkat, úgymint gyártási szám, anyag, stb.
•
A fizikai blokk nem láncolható a funkció blokkokkal.
•
A fizikai blokk tartalmazhat olyan „globális”paramétereket, amelyeket a bármelyik blokkban lehet az elemen belül felhasználni. о Például linearizáláshoz beállítási paraméterek
о Különleges adatok megadása a gyártó részéről. о A gyártó ezen a blokkon keresztül ad meg paramétereket
Konfiguráció Vezérlési stratégiák PID algoritmus a hoszton Minden funkció blokk a hoszt rendszeren fut
AI
AO
PID
Hoszt számítógép Terepi eszközök
Function block in the host and in the transmitters
Kevert stratégiák PID
AO
AI
Hoszt számítógép
Hoszt számítógép
Terepi eszközök
Terepi eszközök AI
PID
PID
PID
Távadó Szelep
Szabályozás a terepen Hoszt számítógép Terepi eszközök
Minden funkcióblokk a távadókban fut
AI
Távadó
AO
PID
Szelep
AO
Konfiguráció Példa alkalmazás
reaktor Bemeneti gőz
Hőmérő Bemeneti hűtővíz
AO 1
AI
PID
SPLIT
AO 2
Elem leírás Device Description A Device Description technológiai használata Virtual Field Device mint egy „printer driver” DD leíró nyelve: Device Description Language (DDL) CD ROM-on áll rendelkezésre Az interoperábilitás egyik alapja
Device Description
Elem leírás FDT - Field Device Tool DTM – Device Type Manager FDT = Univerzális konfigurációs megoldás terepi buszokhoz Kompatibilis: • Profibus • Foundation Fieldbus • HART Önmagában az FDT még nem “ismeri” az eszközöket, az csak egy keretprogram. Szüksége van még egy DTM-re, amelyet az eszköz gyártójának kell szolgáltatnia. A DTM egy adat halmaz, nem program. Az FDT és DTM páros segítségével központosítani lehet az eszközök konfigurálását, adatainak tárolását, dokumentálását.
Rendszer konfigurálás A konfiguráció két fázisban megy végbe: Rendszer tervezés Mint hagyományosan, minden elemnek van egy tervjele a buszon és ennek lesz egy címe is. Elem konfigurálás
Távadó
Szelep
PID IN AI
OUT
OUT AO IN
OUT
Funkció blokkok Ütemezés Ütemezett kommunikáció ideje AI blokk végrehajtási ideje
AI elküldi a kimenetét a buszon a Nem ütemezett kommunikációra PID-nek a buszon
fenntartott idő
Bus idő AI Funktion Blokkok
PID AO
Makrociklus
AI vagy szelep ALARM jelzést küld a HMI-ra
LAS A LAS és az elemtípusok
LAS - Ütemező egység (Link Active Scheduler): • •
determinisztikus, központosított busz elosztó busz elosztás - főnök (vagy titkárnő?)
LAS kommunikáció • •
Ütemezett Nem ütemezett
Elemtípusok (háromfajta van definiálva a DLL-ben) Alapelem - nem rendelkezik LAS képességgel Link Master - LAS feladatot képes ellátni
Híd - a független szegmensek közötti kapcsolat biztosítására
LAS kommunikáció Ütemezett kommunikáció
LAS
a b c
CD - kényszerített adat (Compel Data) Fieldbus
Üzenet
Data a
Kiadó - Publisher
Data a
Data a
Előfizető -Subscriber Előfizető -Subscriber
LAS Az összes elem ciklikus lekérdezésére szolgáló adatátviteli időt tartalmazó listával rendelkezik. Amikor az adott elemre kerül a sor (időben), a LAS kiad egy Compel Data (CD) üzenetet az elemnek. Publisher - amelyik az összes buszon lévő elem számára ad broadcast üzenetet Subscriber - a buszon lévő bármelyik elem, amelyik veszi az üzenetet
Ütemezett adatátvitel -
szabályozás, ciklikus átvitel a szabályozási hurokhoz
LAS kommunikáció Nem ütemezett kommunikáció
Live List
LAS
x y z
PT(x) - Pass Token
Fieldbus Üzenet
Data
Data
Elem x Minden elem számára biztosított az üzenetküldés lehetősége, az ütemezett kommunikációk között. Az élő lista folyamatos karbantartásához is szükség van a Pass Token (PT) üzenetre. Üzenet küldhető egy célhelyre (állomásra) vagy több állomásra (multicast)
LAS működés-1 CD Schedule - A LAS által kiadott legmagasabb prioritású művelet LAS küld egy CD üzenetet a meghatározott adat pufferbe (a Fieldbus elemben) Az elem azonnal kiadja a puffer tartalmát egy Broadcast üzenetben a buszon lévő összes elemnek
Live List Maintenance Az összes elem listája, Live List (LL) Probe Node LAS periodikusan küldi a Probe Node (PN) üzenetet (címmel) az LL-ben nem szereplő eszközöknek, Az elemek veszik a jelet és küldenek egy választ - ha van válasz, akkor a LAS beteszi az élő listába Amikor az elem bekerül vagy kikerül az LL-be (-ből), a LAS egy broadcast üzenetet küld, így minden elem értesül a lista változásáról Pass Token ha egy, az LL-ben szereplő eszköz a PT üzenetre háromszor egymás után nem válaszol, vagy azt azonnal visszaadja akkor a LAS kiveszi az állomást az LL-ből
LAS működés-2
Data Link Time Synchronisation A LAS által periodikusan küldött broadcast -időszinkronizációs üzenet a Time Distribution (TD)
Token Passing Amikor a LAS-nak nincs más dolga akkor küld egy Pass Token (PT) üzenetet a soron következő elemnek (így az elem küldhet nem ütemezett üzeneteket) A tokennek van érvényességi ideje, egy állomás maximum eddig birtokolhatja a tokent.
LAS Redundancy Ha a LAS „megadja magát”, egy másik Link Master LAS veszi át ezt a feladatot.
Címzés Eszköz cím, speciális cím
A Foundation Fieldbus rendszeren minden eszköznek egyedi címmel kell rendelkeznie. Az eszközökön nincs kapcsoló, jumper, sem más különleges módon elérhető cím állítási lehetőség! Eszköz cím csak a Foundation Fieldbus-on keresztül állítható! A cím egy 0 és 255 között lévő szám.
Mi történik a még nem konfigurált eszközökkel? Létezik egy speciális címtartomány, amit a konfigurálatlan eszközök használnak ( átmeneti címtartomány, négy ilyen cím van 248...251). Ha két eszköz azonos címet akar használni, akkor a gyorsabb nyer, az használhatja. A vesztes(ek) pedig a következő átmeneti címet használja(k). Ha elfogyott az átmeneti cím, akkor az eszköz addig nem lesz látható, amíg egy átmeneti cím fel nem szabadul! A működési címtartomány: 20 – 35 A 0 – 15 közötti címek csoportos címzésre használtak, a Data Link Layer használja.
Alarmok Hibajelzés kezelése folyamatirányító rendszerekben • Alarmtípusok DeltaV folyamatírányító rendszerben:
1. Process alarms • Standard Alarms (PV) Előre definiált PV alarmok (LL,L,H,HH,Dev), Csak a beépített Alm_state számítóblokkokban érhető el. • Custom alarms: Bármely tetszés szerinti control modulban. 2. Device alarms Fieldbus eszközökben (Hw failures, loop problémák, nem konfigurált paraméterek). A kondíciók eszközfüggőek.
• Standard FF alerts: egyszerű riportok (“Abnormal”) • Plantweb alerts: 3 fajta - Failed, Maintenance, Advisory
Ex alapok Robbanásvédelem • Számos iparágban használnak és dolgoznak fel tűz és robbanásveszélyes anyagokat bányászat, olaj- és petrolkémiai ipar, vegyipar, gyógyszeripar, éghető porok előállítása. • Előtérben: - az ott dolgozók, - az üzemek anyagi értékének megóvása, (a folyamatos működés biztosítása,) - a környezet biztonsága. • Kétirányú erőfeszítés szükséges: - a műszaki követelményeket megfelelő szinten teljesítő berendezések - ezeket magas fokon üzemeltetni, javítani képes műszaki szakemberek képzése • A robbanásvédelem robbanásveszélyes környezetben üzemelő berendezéseket • tervező • telepítő • üzemeltető szakemberek részére fontos.
Ex alapok Robbanásvédelem - fizikai háttér • Leggyakrabban gázokkal kapcsoljuk össze a fogalmat, azonban pl. porok miatt is kialakulhat robbanóképes légkör.
Robbanóképes légkör?? • Égés, tökéletes égés: éghető anyag, oxigén és tűzforrás (hőforrás) együttes jelenlétének hatására bekövetkező exoterm (hő felszabadulásával) járó diffúziós reakció. • A tökéletes égés egy gyorsan lejátszódó reakció = “káros tűz” - melynek folyamán az égés sebességétől függő mértékű kár keletkezik. • Diffúzió - tágulási sebesség: • durranás -> cm/s • robbanás -> m/s • detonáció -> km/s
robbanóképes anyag
oxigén
Ex
Explosive! hőforrás
Ex alapok A tűz forrásai • szikra: szikra • ív: • forró felületek:
• láng és forró gázok: • Villamos berendezések: • Statikus elektromosság: • villamos kiegyenlítő áramok: • Elektromágneses hullámok: • Nagyfrekvencia: • Ionizáló sugárzás: • Ultrahang: • Adiabatikus sűrítés: • Exoterm reakciók:
mechanikus keletkezésű (súrlódás, ütés), vagy villamos rövidzár, kapcsolási folyamatok villamos berendezések árama, fűtőtestek, üzem közbeni melegedés égési reakciók, ívhegesztés U<50V törpefeszültség esetén is lehet elegendő energia! műanyag burkolatok esetén visszáramok, test-, földzárlat esetén lézersugár, mobiltelefon villámcsapás röntgen készülékek, radioaktív átalakulás energiája az energia elnyelése szilárd/folyékony anyagokban szelepek ütésszerű nyitása kémiai reakció
Szabványok Robbanásveszélyes övezet MSZ EN 1127-1:2000
Robbanásvédettség 1. rész. Alapelvek és módszerek
MSZ EN 60079-10:1998 Robbanásveszélyes térségek besorolása
MSZ EN 60079-14:1999 Villamos berendezések létesítése gázrobbanás-veszélyes térségekben (a bányák kivételével) MSZ EN 60079-17:1999 Villamos berendezések felülvizsgálata és karbantartása robbanásveszélyes térségekben (a bányák kivételével) MSZ EN 60079-19: 2000 Robbanásveszélyes közegekben (a bányák és robbanóanyagok kivételével) alkalmazott gyártmányok javítása és karbantartása Az új szabványsorozat megjelenésével egyidejűleg visszavonták a következő szabványokat: MSZ 1600-8:1977 MSZ-05-43.0050-1:1989 MSZ 1610-3:1970 MSZ-05-43.0050-2:1989
Zóna osztályozás Veszélyes övezetek osztályozása Zónák: a robbanásveszélyes térségek a robbanóképes gázközeg (gáz és por) előfordulási gyakorisága és időtartama alapján zónákba vannak sorolva a következők szerint: IEC/CENELEC (IEC 79) - Európa Zone 0: robbanó gázkeverék állandó, illetve hosszú idejű jelenléte Zone 1: a robbanó gázkeverék jelenléte normál üzemmenet ideje alatt alkalmanként lehetséges Zone 2: a robbanó gázkeverék normális üzemmenet alatt nem, vagy csak nagyon rövid ideig lehetséges
USA/Kanada Division 1: gyúlékony gázok vagy gőzök veszélyes koncentrációja,továbbá éghető porok szuszpenzióban, folyamatosan, vagy időszakosan vannak jelen a normál üzemmenet ideje alatt. Division 2: gyúlékony gázok vagy gőzök zárt tartályban vagy rendszerben vannak, amelyek meghibásodás vagy abnormális működés miatt nyitottá válnak. Éghető porok nincsenek szuszpenzióban, normál működés közben, de szuszpenzió keletkezhet
Zóna osztályozás Példa Rögzített fedelű tartály, levegőnél nehezebb közeg esetén Zone 0
Zone 1
Zone 1 Zone 2
Zone 0
Ex
Folyadék felszín
Zone 2
Védőgát
EN 60 079-10 szerint
Besorolás Robbanásveszélyes övezetben alkalmazható gyártmányok
Zone 0 -ban alkalmazható gyártmányok
• Csak olyan gyártmányok és rendszerek alkalmazhatóak, amelyek kielégítik a gyújtószikramentes védelem: „EEx ia” kategória követelményeit (beleértve a teljes szerelési rendszert, kábeleket, vezetékeket, egyenpotenciálra hozó hálózatot – EPH-t – földelést, túlfeszültség levezetőt stb.). • Továbbá kivételesen alkalmazhatóak pl. az „EEx s” jelű - különleges és az IEC 79-0 szerinti zónával azonosított villamos szerkezetek, amelyeket ilyen körülményekre gyártottak és tanúsítottak célszerűen a nemzeti szabványok vagy üzemi szabályzatok alapján.
Besorolás Robbanásveszélyes övezetben alkalmazható gyártmányok Zone 1 -ben alkalmazható gyártmányok • kielégítik a Zone 0 -ra vonatkozó követelményeket, vagy • kielégítik a következő felsorolásban található egy vagy több védelmi módra vonatkozó követelményeket: EEx d - nyomásálló tokozat EEx i - gyújtószikra mentes védelem
EEx e - fokozott biztonság (mechanikai kialakítás) EEx p - túlnyomásos gyártmány EEx q - kvarchomok töltés EEx o - olajalatti védelem EEx m - légmentes lezárás
Besorolás Robbanásveszélyes övezetben alkalmazható gyártmányok Zone 2 -ben alkalmazható gyártmányok
• a Zone 0 és Zone 1 villamos gyártmányai • kifejezetten a Zone 2 számára kialakított (pl. „EEx n” védelmi módú) gyártmányok • olyan, a szabvány követelményeinek megfelelő gyártmány, amelynek normál üzemben nincsenek gyújtásra képes forró felületei és nem keletkeznek bennük villamos ívek vagy szikrák. (Az esetleges bennük keletkező ívek vagy szikrák csak az előírt korlátozott energiaszint alattiak.) A felhasználandó gyártmányt az alkalmasság szempontjából értékeltetni kell, és a gyártmányon vagy a dokumentációban ezt fel kell tüntetni (adott esetben tanúsítvány is szükséges lehet).
Robbanásvédelem Gyújtószikramentes eszközök védelmi kategóriái IEC/CENELEC - Európa EX ia: Robbanásvédelem biztosítva két komponensre, vagy egyéb meghibásodásra. Az Ex ia minősített I.S. berendezés telepíthető és csatlakoztatható a Zone 0, 1 és 2 veszélyes övezetekben. (Németországban a Zone 0 rendszerekben galvanikus elválasztás és rendszerminősítés szükséges). Ex ib: Robbanásvédelem biztosítva egy komponensre, vagy egyéb meghibásodásra. Az Ex ib I.S. berendezés telepíthető és csatlakoztatható a Zone 1 és 2 veszélyes övezetekben.
USA/Kanada Egy kategória: A biztonságos üzemmenet biztosítva két komponensre, vagy egyéb meghibásodásra. A minősített I.S. berendezés telepíthető és csatlakoztatható Division 1 és 2 veszélyes övezetekben.
Készülékcsoport Kategóriák • II-es készülékcsoport: külszíni robbanásveszélyes területek
Kategóriák: 1: Igen magas védettség. Két független védelmi intézkedés. Biztonságos, ha a két hiba egymástól függetlenül fordul elő. 2: Magas védettség. Normál üzem során és a megszokott módon fellépő hibák esetén biztonságos. 3: Normál védettség. Normál üzemben biztonságos.
• I-es készülékcsoport: föld alatt, sújtólég által veszélyeztetett területek (bányászat)
Robbanásvédelem Szikra energiája szerinti csoportosítás IEC/CENELEC - Európa Group IIC: Group IIC: Group IIB: Group IIA:
acetilén hidrogén etilén propán
USA/Kanada Class I, Group A: Class I, Group B: Class I, Group C: Class I, Group D:
Porok: Kidolgozás alatt
acetilén hidrogén etilén propán
Class II, Group E: fémpor Class II, Group F: szénpor Class II, Group G: liszt, szemcse a könnyebb berobbanás iránya
Class III: rostok és szálló anyagok
Robbanásvédelem Hőmérséklethez tartozó besorolás A meghibásodás esetén megengedett maximális terepi hőmérséklethez tartozó besorolás:
Osztály hőmérséklete T1 T2 T3 T4 T5 T6
A gyártmány legnagyobb felületi hőmérséklete 450 °C 300 °C 200 °C 135 °C 100 °C 85 °C
a gáz/gőz gyulladási >450 °C >300 °C >200 °C >135 °C >100 °C > 85 °C
A gyártmány hőmérséklete meghibásodáskor nem fogja meghaladni a rajta feltüntetett T hőmérsékleti osztályának megfelelő értéket. Jelölés nélküli gyártmányt kizárólag - 20 °C … +40 °C terjedő hőmérsékleti tartományban szabad használni.
Tanúsítvány kód CENELEC jelölés EN 50... CENELEC szabvány jelölése
Csatolt villamos eszköz (tápegység)
Gázcsoport szerinti Robbanásvédett besorolás (IIC: acetilén, hidrogén)
[EEx ia] IIC EEx ia IIC T4 EEx e II T6 Robbanásvédelmi mód (ia: gyújtószikramentes, Zone 0, 1, 2 övezetekbe telepíthető, e: fokozott biztonságú)
csatolt villamos eszköz villamos eszköz komponensek
Hőmérsékl et (T6: 85 °C)
EU konform szabályozás ATEX - "ATmosphere EXplosible"
• EU tagállamok meglehetősen azonos módon szabályozzák a robbanásveszélyes környezetben üzemelő berendezések gyártását, minősítését, forgalmazását, üzembehelyezését és üzemvitelét, mégis vannak/voltak különbségek. • 2003. június 30-án lejárt a türelmi (átállási) időszak • Hazánkban is bevezetésre került az Európai Parlament 94/9/EC Direktívája - ATEX • Robbanásveszélyes környezetben üzemelő készülékekre és védelmi rendszerekre, valamint RB térségen kívül üzemelő (csatolt) eszközökre vonatkozik. • Csak olyan ATEX eszköz kerülhet EU forgalomba, mely a gyártásból kikerülés ill. az import pillanatában megfelel a fenti direktívának.
EU konform szabályozás Az ATEX -ről alapfokon
• Az MSz besorolási rendszere a robbanásveszélyes térségeket ZÓNÁKBA sorolja Zone 0, 1, 2, ill. a porokra érvényes Zone 20, Zone 21 és Zone 22. • Az ATEX szerint ez kissé változik: robbanásveszélyes az a TÉRSÉG, ahol a robbanásveszélyt • tűzveszélyes gáz, pára, köd vagy por okozza, • levegővel keveredve • atmoszférikus környezetben. • Készülékcsoportok: • I. csoport - a földalatti bányatérségekbe szánt eszközök, • II. csoport - a felszín feletti térségekbe szánt eszközök. • Készülékcsoport kategóriák érvényesek: • I. csoport: M1, M2 • II. csoport: 1. nagyon magas, 2. magas, 3. normál védettség
EU konform szabályozás Az ATEX kompatibilis jelölésrendszer
• Alapvető, hogy ATEX minősítést csak olyan eszköz kaphat, mely viseli a CE-jelölést.
II (1) G EEx ia IIC T6 a
b
c
d
e
f
g
h
a: konformitás az Európai Direktívával b: a gyártmány rendelkezik egy vizsgálóállomás bizonylatával, c: ATEX készülékcsoport (felszíni üzemre készült az eszköz), d: ATEX kategória (nagyon magas biztonság), e: a veszélyforrás légnemű (gas), por esetén "D” (dust), f: a védelmi mód szabványos jelölése (gyújtószikramentes), g: robbanási csoport (föld feletti (II) és hidrogén a reprezentáns gáz (C), h: hőmérsékleti osztály (max. felületi hőfok 85 C).
Ipari FF rendszerek építőelemei IS implementációk számára elfogadott komponensek FF eszköz DC tápegység
FF tápegység és kondícionáló
Elválasztó
FF eszköz
Rendszer I/O Sorkapocs
T
Jelismétlő (Repeater)
Kábel
Csatlakozó doboz
Rövidzárvédelem, áramkorlát
T
Multibarrier
Gyújtószikramentes gyártmányok Csoportosítás a.) Egyszerű passzív gyártmányok (Simple Apparatus) • <1.2V; <0.1A; 20uJ (hőelem) vagy 25 mW (RTD, kontaktus, Junction box, LED, ...stb. • RB övezetben közvetlenül felszerelhetők, amennyiben c.) típusú gyártmányról tápláljuk b.) Gyújtószikramentes villamos gyártmányok (I.S. Electrical Apparatus) • távadók, elektropneumatikus átalakítók, IS mágnesszelepek, ... stb - mindegyik áramköre gyújtószikramentes - induktivitást és kapacitást tartalmaznak, ami a gy.sz.m kialakítást befolyásolja c.) Részben gyújtószikramentes gyártmányok (Associated Electrical Apparatus) • tápegységek, Zener-gátak, kontaktus elválasztók, kiszolgáló egységek, ... stb - nem robbanásveszélyes területen vannak felszerelve - a gy.sz.m. áramkörük csatlakozik az a.) és b.) pontokban megadott gyártmányokhoz - ZONE 1-ben felszerelve járulékos (nyomásállóm túlnyomásos) tokozásban
FF eszközök használata RB környezetben IS rendszerekbe ajánlott profilok
IEC/ISA Physical Layer Standards • Type 111 – szabványos tápfeszültség a biztonságos övezetben van a buszra ültetve, • Type 112 – a szabványos tápfeszültség a veszélyes övezetben kapcsolódik a kommunikációs buszra, • Type 121 – alacsony szintű tápfeszültség a biztonságos övezetben van a buszra ültetve, • Type 122 – alacsony szintű tápfeszültség a veszélyes övezetben kapcsolódik a kommunikációs buszra,
Eszközök táplálása Buszon megtáplált eszközök Type 111 és 121 szerint Ex övezet
Biztonságos terület FF tápegység
T
Ex
T
IS elválasztó
FF eszköz
FF eszköz
FF eszköz
Eszközök táplálása Elválasztott megtáplálású eszközök Type 112 és 122 szerint Ex övezet
Biztonságos terület FF tápegység
T
Ex
T
IS elválasztó
FF eszköz
FF eszköz Tápegység
FF eszköz Akku
Eszközök táplálása Gyújtószikramentes védőgát alkalmazása Biztonságos terület
Ex övezet
FF tápegység
Ex Zener diódás gyújtószikra gát 3 1
T
9V
19V 4
2 MTL791 IS Barrier FF eszköz
Type 111, 112, 121, 122
FF eszköz
T
Eszközök táplálása Galvanikus elválasztás alkalmazása Biztonságos terület
Ex övezet
FF tápegység
Ex Galvanikus leválasztó
9 (12)
2(5) T
19V
T
1(4)
8(11) MTL5053IS Barrier FF eszköz
Type 111, 112, 121, 122
FF eszköz
Gyújtószikramentes rendszerek tervezésének célkitűzései I
R
L
C
Ube
Uc
Uki
Az áram korlátozása A feszültség korlátozása A tárolt energia korlátozása
R, L, C korlátozásával biztosítható
Ex
A feszültség és áram korlátozása
Biztonságos övezet
Ube
Biztosíték a Zener dióda megóvására
Feszültség stabilizálás Zener dióda
Áramkorlátozó ellenállás Robbanásveszélyes övezet I R
UZ
Maximális kimeneti feszültség = Uz Maximális kimeneti áram = Uz / R
Uki
Ex
Gázcsoportok gyújtási görbéje • a gáz begyújtásához szükséges minimális energia (20 C, 1 bar) alapján minden gázcsoportra meghatározva az EN 50 020 szerint • a görbék nagy területet engedélyeznek, de I.S. FF rendszerekben korlátozott a rendelkezésre álló terület • A biztonságos zónában lévő tápegység kimenetén korlátozott a teljesítmény csúcsértéke.
Tápegységek Hagyományos, nem gyújtószikramentes tápegység R
+
AC/DC -
U U0 : üresjárási feszültség
U0
Um: üzemi feszültség Im : üzemi áram
Um
Iz : maximális rövidzárási áram
Im
Iz
I
Szegmenstervezés Hagyományos megközelítés
Po, Uo, Io, Co, Lo
Rc, Lc, Cc Lc <= Lo-Li, Cc <= Co-Ci
Uo: maximális megengedett kimeneti üresjárási feszültség Io: maximálisan megengedett rövidzárási áram Po: maximálisan megengedett kimenő teljesítmény Co: maximálisan megengedett kapacitás Lo: maximálisan megengedett induktivitás
Ex P i , U i , Ii , Ci, Li, T
<=
Ui: maximális megengedett bemeneti feszültség
<=
Ii: maximálisan megengedett bemenő áram
<=
<= <=
Pi: maximálisan megengedett bemenő teljesítmény Ci: maradó kapacitás Li: maradó induktivitás
A FISCO modell FISCO IEC/EN60079-27 CDV specifikáció Fieldbus Intrinsic Safety COncept • alkalmas EEx ia IIC, EEx ib IIC, EEx ib IIB rendszerekben való alkalmazásra • FISCO minősítésű gyújtószikramentes villamos gyártmányok (I.S. Electrical Apparatus) és részben gyújtószikramentes gyártmányok (Associated Electrical Apparatus) kapcsolódását teszi lehetővé, pótlólagos kalkuláció nélkül. • redukálja a biztonságot a dokumentáló anyagot
• Szükségtelenné teszi a kábel paraméterek számítását • Ex Zone 1 övezetben ugyanazon a védőgáthoz nagyobb számú eszköz tartozhat • a tesztek igazolták, hogy a szabványban foglaltnál hosszabb kábel, magasabb kapacitás megengedett (>1000m, de ebben az esetben már számolni kell)
A FISCO modell Az IEC 61158-2 transzmissziós szabványhoz igazodva az alábbi vezérelveken alapul: • minden alszegmensnek csak egyetlen tápfeszültség forrása van: a tápegység, a többi elem csak passzív lehet
• a tápfeszültséget aktív elemekből kialakított elektronika korlátozza (lásd EEx i) • nincs teljesítmény a buszon az állomás „sending” módja alatt • minden terepi eszköz >=10 mA konstans áramot fogyaszt operatív módban
• passzív vonal-lezárás engedélyezett a busz mindkét végén • lineáris, fa, csillag topológia kialakítható • korlátozott alszegmens hossz: 1000 m
• korlátozott leágazás-hosszak: 30 m • eszköz szinten korlátozott kapacitás, induktivitás: Ci < 5nF, Li < 10uH
Tápfeszültség: Karakterisztika: feszültség tartomány: Áram tartomány: Lo és Co értéke:
A FISCO modell Jellemzők trapéz, vagy téglalap Uo = 14...24V Io = -39...215mA (U0 = 15V-nál mérve) a szabvány nem specifikálja
Kábel jellemzők:
Hurok ellenállás: Induktivitás: Kapacitás:
R’ = 15 ...150 /km L’ = 0.4 ... 1 mH/km C’ = 80 ... 200nF/km
Lezárás jellemzői:
R = 90 ... 100 C = 0 ... 2,2 mF
Csatlakozó passzív elemek jellemzői: Az elemek száma EEx ia és EEx ib IIC esetén maximum 10 lehet A maximális maradék kapacitás és induktivitás értéke Ci < 5nF, Li < 10uH kell legyen minden egységnél illetve lezáró tagnál.
Tápegységek összehasonlítása
Tápegységek EX-ib kategória számára. Megengedett zónák: 1,2 L AC/DC
Ustab Us
Ikimax
+
Rs -
Tápegységek EX-ia kategória számára. Megengedett zónák: 0,1,2 L AC/DC
Ustab Us
R
+
Rs -
Tápegységek kimeneti karakterisztikája EX-ib kimeneti karakterisztikája (trapéz) U
EX-ia kimeneti karakterisztikája
U
Umax Um
Um
Iz
I
Ik
Um: üzemi feszültség
U0: üresjárási feszültség
Iz: maximális rövidzárási áram
Um: üzemi feszültség
Iz
Im : üzemi áramfelvétel Iz: maximális rövidzárási áram
I
Fieldbus tápegység MTL 5995 Output: 19V ± 2% / max. 350mA <2 DC impedancia Input: 20 - 30 V DC Áramfelvétel 350mA terhelésnél: 20V tápfeszültségnél @ 520 mA 24V @ 420mA 30V @ 370mA
EEX nA IIC T4 minősítés
Safe Area
Safe Area
Gyújtószikramentes leválasztó MTL 5053 Output: 18,4V ± 2% / max. 80mA
Safe Area Hazardous Area
Input: 20 - 35V DC
Áramfelvétel 80mA terhelésnél: 24V tápfeszültségnél @ 135 mA 35V @ 105mA
ZONE 0 IIC T4-6 minősítés
Gyújtószikramentes szegmenskialakítás / EEx-i Példa: Hagyományos módon táplált szegmens MTL elemekkel
Fieldbus H1 Host
Redundáns fieldbus tápegység Relcom FPS-I Output: min. 25V / @ 350mA Input: 18 - 30V DC
- S +
System Alarm
A 2 A 1 + +
A 2 A 1 + +
18-30V DC IN A 18-30V DC IN B
Diszipált teljesítmény: 4.5W Áramfelvétel 350mA terhelésnél: 18V tápfeszültségnél @ 900 mA
Redundáns
FPSRCI
“Meleg átkapcsolás” + S -
Fieldbu s Trunk + S -
Redundáns fieldbus tápegység Turck 2-Segments Power Conditioner RPC-49-205 Output: min. 27.5V DC max. 500mA / segments Input: 21 - 32V DC Túlfeszültség védelem: >36V DC Áramfelvétel: 535mA @ 500mA load 1043mA @ 2x500mA load Redundáns tápegység Beépített terminator impedancia
FISCO jelismétlő és tápegység MTL 9121 és 9122 IS • Kapcsolható HOST-oldali terminator • Host oldal megtáplálása kapcsolóval, 14V DC/30mA • fix IS terminator 9121-IS: [EEx ib] IIC T4 Input: 19.2 - 30V DC / tip. 190mA (@24V) Output: min. 12.0V (@ 0 C) 115mA = 5x20mA @ 5db fieldbus eszköz (14V/180mA/2.52W) 9122-IS: [EEx ib] IIB T4 Input: 19.2 - 30V DC / tip.315 mA (@24V) Output: 12.8V (@ 0 C) 240mA = 12x20mA @ 12db fieldbus eszköz (14.8V/359mA/5.31W)
ZONE 2 IIC T4 minősítés
Gyújtószikramentes szegmenskialakítás Példa: MTL FISCO tápegységgel táplált alszegmensek
Összehasonlítás IS leválasztó kábelhosszak 2500
2000
Távolság [m]
MTL5053 1500
1000 9122-IS 500
9121-IS
0 0
2
4
6 8 Eszközök száma
10
12
14
Jelismétlő Smar RP-302 repeater • megtisztítja a jeleket a zavaroktól, újra formázza és tovább adja, kétirányú • max. 4 repeater kapcsolható egymás után • a Filedbus szegmens hossza repeaterenként 1900 méterrel növelhető Input: 24V DC5% / 30mA @24V Érzékenység: 150 mV Output: 0.75 - 1V (peak-to-peak) Kábel limit: 1900 m / fieldbus segment Repeaterek száma: 8 bit preamble: 4 16 bit preamble: 8
Fieldbus eszközök száma: 2-12 eszköz / szegmens Sebesség: 31.25 kbit/s
Jelismétlő Belső felépítés
1
C
R
R
C
3
Repeater áramkör
4
2
5
6 24V DC
Jelismétlő Példa: Smar RP-302 repeater - soros topológia
Jelismétlő Példa: Smar RP-302 repeater - párhuzamos topológia
Multibarrier Pepperl + Fuchs FIeldBArrier F2D0-FB-Ex4.C
• Zone 1 -be kihelyezhető
• Fieldbus gerinc vezeték - Ex e • Elektronika - Ex m • 4 db gyújtószikramentes kimenet - Ex i • galvanikus elválasztás
• Beépített busz lezáró impedancia • IP66 védettségű ház
Trunk:
Spur:
Input: 16 - 32V DC
Output: >=10V @40mA
25 - 14mA (terhelés nélkül) 220 -120mA (4x40mA terheléssel) 225 - 135mA (4xrövidzárásban)
EEx me [ia] IIC T4 minősítés
Áramkorlát: <=40mA Rövidzárvédelem: <=50mA
Multibarrier TURCK MBD49-T415/Ex • Fieldbus trunk védelem - Ex e • Elektronika - Ex m
• 4 db gyújtószikramentes kimenet - Ex i • galvanikus elválasztás • beépített lezáró impedancia • IP66 védelem
Trunk tápfeszültség:
Kimenő feszültség / áram:
16 - 32V DC
>=10.5 V @ 40mA / <=40 mA
Áramfelvétel:
Kimeneti áramkorlát:
280mA @ 16V DC, 138mA @ 32V DC
<=45 mA
EEx me [ia] IIC T4
Koncepciók Veszélyes övezetben alkalmazható változatok
Koncepció 1: Robbanásbiztos szerelés / EEx-d Koncepció 2: Entity (hagyományos) rendszer / EEx-i Koncepció 3: FISCO rendszer / EEx-i Fieldbus Intrinsically Safe Concept Koncepció 4: Multibarrier /EEx-i
Koncepció 1 / EEx-d Robbanásbiztos szerelés Ex EEx-d távadó
Rendszer I/O (H1 Host)
EEx-d távadó
Sorkapocs FF tápegység és kondícionáló
T
Kábel
DC tápegység
A biztonságot a terepi eszközök tokozása garantálja.
Csatlakozó doboz
Rövidzár védelem, áramkorlát
T
!
Koncepció 1 / EEx-d Pro és kontra
Előnyök
Hátrányok
• Nincsenek extra korlátozások a
• Különleges munkavégzési engedély
szegmensen (eszközök száma, kábelhossz, kábel minőség).
szükséges a karbantartáshoz a Zone 1 ben.
• Nem szükségesek járulékos építőelemek (elválasztó).
• Karbantartás alatt az egész szegmenst áramtalanítani kell a Zone 1 -ben.
• Opcionálisan megvalósítható rövidzárvédelem és áramkorlátozás. • Sikeres referenciák.
!
Koncepció 2 / Entity Hagyományos elrendezés leválasztóval Ex Rendszer I/O (H1 Host)
FF tápegység és kondícionáló
DC tápegység
FF távadó
FF távadó
Sorkapocs Jelismétlő Elválasztó
T
Kábel
DC tápegység
Rövidzár védelem, áramkorlát
Jelismétlő Elválasztó
Csatlakozó doboz
T
Kábel
A gyújtószikramentes leválasztó és az Ex övezetbe kihelyezhető eszközök EEx-i minősítése garantálja a biztonságot.
...
T
?
Koncepció 2 / Entity Pro és kontra Előnyök
Hátrányok
• Nem szükséges különleges munkavégzési engedély a karbantartáshoz a Zone 1 ben.
• Extra korlátozások a szegmensen (eszközök száma, kábelhossz, kábel minőség, nincs redundancia).
• Karbantartás alatt nem kell az egész szegmenst áramtalanítani a Zone 1 ben.
• Alszegmensekre bontott busz (ár).
• Alszegmensekre bontott busz (megnövelt biztonság).
• Járulékos építőelemek szükségesek (elválasztó, repeater). • Nincs beépített rövidzárvédelem és áramkorlátozás. Ez nehezen megvalósítható, a plusz feszültségveszteség és a plusz áramfogyasztás miatt • A kivitelhez képest drága.
Entity Példa: Hagyományos szegmens kialakítás Smar RP-302 repeaterekkel
Koncepció 3 / FISCO Fieldbus Intrinsic Safe COncept Ex Rendszer I/O (H1 Host)
DC tápegység
FISCO távadó
FISCO távadó
Sorkapocs
FF tápegység és kondícionáló
DC tápegység
FISCO jelismétlő és elválasztó
FISCO jelismétlő és elválasztó
T
Kábel
Csatlakozó doboz
Rövidzár védelem, áramkorlát T
Kábel
A biztonságot a kombinált FISCO FF tápegység és leválasztó valamint a FISCO minősítésű eszközök garantálják.
...
T
!
Koncepció 3 / FISCO Pro és kontra Előnyök
Hátrányok
• Nem szükséges különleges munkavégzési engedély a karbantartáshoz a Zone 1 ben.
• Extra korlátozások a szegmensen (eszközök száma, kábelhossz, kábel minőség, nincs redundancia).
• Karbantartás alatt nem kell az egész szegmenst áramtalanítani a Zone 1 -ben.
• Alszegmensekre osztott busz (ár).
• Alszegmensekre osztott busz (biztonság).
• Járulékos építőelemek szükségesek (elválasztó).
• Háromnál több eszköz helyezhető el egy alszegmensen.
• A távadóknak FISCO minősítéssel kell rendelkezniük.
• Nincs szükség pótlagos kábelszámításra.
• Nincs beépített rövidzárvédelem és áramkorlátozás.
• Jó tapasztalatok Profibuszos alkalmazásokban.
• Foundation Fieldbus referencia egyelőre nincs.
FISCO Példa: FISCO szegmens kialakítás MTL9121 tápegységrepeaterekkel
Koncepció 4 / Multibarrier Pepperl+Fuchs soros rendszer Ex
Rendszer I/O (H1 Host)
Rövidzár védelem, áramkorlát FF tápegység és kondícionáló
T
Kábel
Multibarrier
FF távadó DC tápegység
FF távadó
Multibarrier
...
A biztonságot a Zone 1 -be kihelyezhető, gyújtószikramentes multibarrier , valamint az EEx-i minősítésű eszközök garantálják.
T
Koncepció 4 / Multi Barrier Pro és kontra Előnyök
Hátrányok
• Galvanikus elválasztással valódi IS rendszert képes biztosítani.
• Járulékos építőelemek szükségesek (Multi Barrier).
• Beépített lezáró impedancia, rövidzárvédelem és áramkorlát.
• Számos, 4 eszköz csatlakoztatására alkalmas Multi Barrier egység szükséges.
• Nem szükséges különleges munkavégzési engedély a karbantartáshoz a Zone 1 -ben.
• A busz trönk tápfeszültség alatt továbbra sem bontható meg.
• FF eszköz karbantartása alatt nem kell az egész szegmenst áramtalanítani a Zone 1 -ben.
• Hibás Multibarrier cseréje esetén lehet, hogy az egész szegmenst áramtalanítani kell.
• Jó tapasztalatok Profibuszos alkalmazásokban.
• Foundation Fieldbus referencia egyelőre nincs. (Százhalombatta, GOK-3)
?
!
Multibarrier Példa: Felfűzött rendszer Pepperl+Fuchs FIBA egységekkel
DCS
IM 82 2414
Multibarrier Turck Power Conditioner, Multibarrier
JBBS-49SC– T415
RPC49–205
BRPC-49– M213
MBD 49–T415/Ex
JRBS-49SC–4
Spur connector Entity és FISCO eszközök táplálása FISCO tápegységről FCS-MB4-SG rövidzár védelem
T
Host Pwr
ZONE 1 9321-SC ENTITY Spur connector
9121 tápegységre
Host
FF ENTITY távadó
FISCO Power Supply
Pwr Fault Host IS
FCS-MB4-SG rövidzár védelem
IS
T 9121, 9122 tápegységre
MTL 912X FF FISCO tápegység
9322-SC EEx-ia Spur connector
ZONE 0
FF FISCO távadó
Megablock Relcom FCS-MB8-SG, FCS-MB4-SG • Passzív csatoló 8, illetve 4 terepi eszköz számára • Rövidzár védelem 60 mA spuronként (Integrált SpurGuard védelem)
• Túlfeszültség védelem • Elektronikus jellemzők: Minimális tápfeszültség: 9,2V Minimális fogyasztás: 4,3mA Feszültségveszteség (tip.): 0,4V
Junction box TURCK JRBS-40SC IP20 junction box • Passzív csatoló 4, 6 vagy 8 eszköz részére • Zone 1 és Zone2 minősítés • Rövidzárvédelem 30, 35, 45, 60 mA / spur • Beépített lezáró impedancia • Választható árnyékolási mód
Ex rendszerek megnövelt biztonsága Redundancia az irányítástechnikai rendszerekben Redundáns rendszer: az elemek száma(hardver, szoftver) több a minimálisan szükségesnél.
• Rendszerint 24 órás folyamatos üzemmenet • Redundancia: az üzem növelt biztonságú működésének záloga • A nagyfokú biztonság elérése - hibatűrő rendszerek alkalmazásával Hibatűrő rendszer: csökkent teljesítményű rendszer, nem mindegyik feladatot képes ellátni, de a legfontosabb feladatokat képes végrehajtani Irányítástechnikai rendszerekben: • Hardver redundancia: kiegészítő hardver elemek alkalmazása • Szoftver redundancia: öntesztelés, funkciók ismétlődő végrehajtása • Információs redundancia: többletinformáció (paritásbit, CHKSum, hibajavító kódok, …) • Idő redundancia: a feladat végrehajtásához szükséges feldolgozási idő meghosszabbítása.
Redundancia az irányítástechnikai rendszerekben Áttekintés • Általános leírás Párhuzamos duplikálás Tartalékegységes működtetés Hárommodulos redundancia • Redundancia követelmények és jellemzők FF rendszerben megvalósítás Tápegység redundancia - Kontroller tápegység - FF tápegység Kontroller redundancia H1 kártya redundancia Vezeték redundancia Távadó redundancia Szelep redundancia Link Master és LAS redundancia Kaszkád hurok redundancia
Redundancia Párhuzamos duplikálás
bemenet
1. rendszer
Összehasonlító egység
kimenet
2. rendszer
• a hardver legfontosabb egységei megkettőzve • mindegyik egység önállóan képes elvégezni a feladatot • külön egység gondoskodik a két modul eredményeinek egyeztetéséről • a hibát ugyan érzékeli, de nem avatkozik be hatékonyan
Redundancia Tartalékegységes működés
Hibadetektáló egység
bemenet
Működő rendszer Tartalék rendszer
Átkapcsoló egység
kimenet
• egyik egység a kijelölt, működő, a másik csak tartalék • a tartalék egység általában “meleg” tartalék, tehát állandóan bekapcsolt állapotban van • a hibadetektor meg tudja állapítani, hogy melyik egység hibásodott meg • az átkapcsoló egység hatékonyan beavatkozik
Redundancia Hárommodulos redundancia - Triple Module Redundancy (TMR)
1. rendszer bemenet
2. rendszer
Szavazó egység
kimenet
3. rendszer
• nagy hibatűrés • egy meghibásodott egység azonnal kiszűrhető - megnyugtató megoldás • két vagy több modul meghibásodása a rendszer veszélyeztetett állapotát jelzi, életbe lép egy leállítási procedúra, vagy tartalékegység lép be
Redundancia FF rendszerekben Távadó redundancia
Xtrm-1 AI Xtrm-2 AI Xtrm-3 AI
OUT
OUT
OUT
IN_1
OUT
IN_2 ISEL
IN_3
• legegyszerűbb, de legdrágább megoldás • ISEL - Input Selector: kiválasztó elem • a kiválasztó elem konfigurálásával egyaránt megvalósítható a párhuzamos, vagy a TMR struktúra
Redundancia FF rendszerekben Kontroller redundancia megvalósítása átkapcsolóval HOST PID Xtrm AI1 OUT Xtrm AI2 OUT
Valve
RSwitch
AO
Field PID
• A host rendszerben történő meghibásodás esetén a kontroller feladatokat a terepi PID szabályozó látja el. • A rendszerben az átkapcsolást úgy kell biztosítani, hogy közben ne álljon le a működtetés.
Redundancia Kontroller, tápegység és H1 kártya redundancia
redundáns tápegység
redundáns kontroller
redundáns H1 interfész
Redundancia DC és Fieldbus tápegység redundancia
duplikált DC tápegység
redundáns fieldbus tápegység
Redundancia Link Master (LM) és Link Active Scheduler (LAS) • A Link Master a Foundation Fieldbus rendszeren a kommunikációt felügyeli. • Link Master = képesség • vezérli az eszközök fieldbus-elérését, végrehajtja a link ütemezését: LAS funkció, szinkronizálja a kommunikációt a funkcióblokkok végrehajtásával. • A rendszerben egy és csak egy elsődleges (Primary) és egy és csak egy tartalék (Backup) Link Master lehet. • A Backup Link Master számára a 20-as címet kell használni. • Az átkapcsolást automatikussá kell tenni az elsődleges és a Backup Link Master között.
• Redundáns H1 kártyát tartalmazó rendszerben nem ajánlott Backup Link Mastert felállítani.
