Készítette: Dr. Füvesi Viktor

Készítette: Dr. Füvesi Viktor 2015. 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  15-20 mA p-p

Vétel

100  0,75-1 Vp-p

PS

Adás Fieldbus Network Lezáró RC, C= 1 μF- 31,25 kbps

t

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

73-120 mA p-p

Vétel

Adás

Fieldbus Network

5,5-9 Vp-p

t 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:

• • •

FF meghajtó

Jelenleg: H1, Csatlakoztatás más rendszerekhez, Egyéb protokoll ASIC cseréjével

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

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: (amerikai)

(európai)

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

Max. hossz

18 AWG 0.8 mm2

22 Ohm/km

3 dB/km

6232 ft 1900 m

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

Csatlakozók és kábelek (H1)-3

Az “A” típusú kábel a legjobban preferált kábel, míg a “C” típusú kábel alkalmazása kerülendő! Általában igaz, hogy a Foundation Fieldbus rendszerek valamilyen árnyékolt kábelt igényelnek. Vegyes kábelezésű rendszerek kiépítése megengedett, irányelv:

lX/maxX + lY/maxY <1 lX -> az alkalmazandó hossz az X típusú kábelből maxX -> a maximum megengedett hossz az X típusból

lY -> az alkalmazandó hossz az Y típusú kábelből maxY -> a maximum megengedett hossz az Y típusból

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

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

AI

OUT

Szelep

PID IN

OUT AO IN

OUT

Ütemezés

ütemezett kommunikáció

nem ütemezett kommunikáció lehetséges

Ütemezés-2 NI Fieldbus Configurator

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.

FF szervezet Fieldbus Foundation • • •

Az Észak-Amerikai WorldFIP szervezet által alapítva 1994-ben az Interoperable Systems Project (ISP) keretében. Nonprofit szervezet a világ vezető cégeinek több mint 120 tagjával (gyártók, felhasználók, alkalmazók, fejlesztők, oktatás, stb.) Együttműködés sok területen: szabványok fejlesztése, alkalmazás fejlesztés, nagysebességű rendszer fejlesztés, gyártófüggetlen alkalmazások fejlesztése. Tagok EUC

Igazgató tanács Elnök

World area operation

Technical Steering Committee

Foundation Staff

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] 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

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”

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

Ex

FF tápegység

T

T

IS elválasztó

FF eszköz

FF eszköz

FF eszköz

Eszközök táplálása Elválasztott megtáplálású eszközök Type 112 és 122 szerint Ex övezet

Biztonságos terület

Ex

FF tápegység

T

T

IS elválasztó

FF eszköz

FF eszköz Tápegység

FF eszköz Akku

Eszközök táplálása Gyújtószikramentes védőgát alkalmazása Biztonságos terület

Ex övezet

Ex

FF tápegység 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

Ex

FF tápegység

Galvanikus leválasztó

9 (12)

2(5) T

19V

T 8(11 )

MTL5053IS Barrier

FF eszköz

1(4 )

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 Pi, Ui, 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.

ENTITY kontra FISCO modell Összehasonlítás EEX-i paraméterek

FF ENTITY eszközök

Ui/Ii: 24V/250mA

FISCO eszközök

17,5V/380mA 5,32W

Pi:

1,2W

Li/Ci:

<20uH/5nF

<10uH/5nF

Kábel paraméterek

FF ENTITY

Kábelhossz

1900 m

1000m

Max. spur hossz

120m

30m

Max. eszközszám

4

10

Kábel reaktanciák Figyelembevenni

FISCO

-

ENTITY kontra FISCO modell

Iz 5 A 2

1 500 mA

IIC gyújtási görbe

20 0 10 0

4,8 W

50

20 10

5,32 W

1,2 W

10

20

50

10 0

20 0

500 V

U0

Tápegységek összehasonlítása

Tápegységek EX-ib kategória számára. Megengedett zónák: 1,2 L AC/DC

Ustab Us

Rs

Ikima x

Ikima x

+

-

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 DC5% / 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

Multi barrier 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

Fieldbarrier Felépítés Trunk 1

!

4-

Trunk 2

3+ 5S 7-

!

8+ 6S 1B 2B

S 1 red

gree n

10+ 1112S

Spur 1

red

red

1

13+ 1415S

Spur 2

red

3

2

16+ 1718S

Spur 3

4

19+ 2021S

Spur 4

Ex e és Ex i szerelés azonos készülékházban Sorkapcsok - kúszóutak biztosítása

50 mm

50 mm

50 mm

50 mm

Multibarrier FIBA Segment Checker Tool

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

DC tápegység

T

Kábel

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

DC tápegység

T

Kábel

Multibarrier

FF távadó 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.

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

Alarmok Hibajelzés kezelése folyamatirányító rendszerekben Emerson Process Management (Rosemount) gyártmányú eszközök alarmtípusai:

• Not communicating (COMM_ALM) • Failed (FAILED_ALM) • Maintenance (MAINT_ALM) • Advisory (ADVISE_ALM)

Általános gyártmányok esetén: • Not communicating (COMM_ALM) • Abnormal (ABNORM_ALM) Alarm prioritások: Critical, Warning, Log

- az eszköz nem kommunikál - az eszköz érzékelte, hogy nem képes a kritikus feladatait ellátni - az eszköz érzékelte, hogy karbantartásra van szüksége - az eszköz olyan kondíciót érzékelt, amely nem tartozik az előző besorolások közé