Praktisch vervolg op: Studiedag Explosieveiligheid en PROFIBUS. Leusden Juni 2009

Praktisch vervolg op: Studiedag Explosieveiligheid en PROFIBUS

Leusden Juni 2009

Leden van PROFIBUS & PROFINET Nederland

Inleiding Wat is een veldbus? Explosieveiligheid Beschermingsmethodieken DP en Ex Fisco/Fnico PA en Ex Praktijkcases uitwerken met specificatieblad en Forum Afsluiting

PROFIBUS & PROFINET Nederland

2

Wereldwijde presentie en support 25 Regionale PROFIBUS Associations (RPA) wereldwijd

z

36 Competence Centers (PICC) in 13 landen 10 Test Laboratoria (PITL) wereldwijd voor certificering testen

z

Beschermingsmethodieken

Belgium RPA PCC Denmark RPA Finland RPA

France RPA PCC Great Britain RPA PCC Germany + Austria RPA PCC, PTL

Ireland RPA

Norway RPA

Italy RPA

Sweden RPA PCC Switzerland RPA PCC

Netherlands RPA PCC, PTL

Fisco/Fnico

America

Afsluiting

Russia RPA

China RPA PCC, PTL Japan RPA PCC, PTL

PA en Ex

Forum

Poland PCC

Slovakia RPA

DP en Ex

Praktijkcases uitwerken met specificatieblad en

Czech Rep. RPA

Korea RPA Brazil RPA USA RPA PCC, PTL

RPA = Regional PROFIBUS Association

S. Africa RPA

Australia/ New Zealand RPA

PICC = PROFIBUS Competence Center


Asia

Explosieveiligheid

W- EU

Wat is een veldbus?

E- EU

Inleiding

z

S.-E.-Asia RPA PCC Thailand RPA PCC

PITL = PROFIBUS Test Laboratory 3

Programma •

Wat is Atex

•

Wat is veiligheid

Inleiding

•

Temperatuurklasse/zones/gasgroepen

Wat is een veldbus?

•


Explosieveiligheid Beschermingsmethodieken

•

Ex-n

•

Ex-d, e en m

•

Ex-i (entiteitenmodel)

•

FISCO en FNICO noemen

•

Codering op instrumentatie plaatjes verzamelen)

•

Praktijk: (praktijk: typeplaatje lezen) en (praktijk: loop calculatie)

•

Wat is een veldbus

•

Inventariseren welke beschermingsmethodiek + DP of PA de zaal (eindgebruikers) toepassen

PA en Ex

•

Zone 2 en DP uitleggen op basis van model procesinstallatie (ook berekeningen en praktijk)


•

Zone 1 en DP uitleggen op basis van model procesinstallatie (ook berekeningen en praktijk)

•

Wat is Fisco en wat is Fnico

•

Zone 2 en PA uitleggen op basis van model procesinstallatie (ook berekeningen en praktijk)

•

Zone 1 en PA uitleggen op basis van model procesinstallatie (ook berekeningen maken op basis van Fisco)

•

Welke beschermingsmethodiek hanteren verschillende bedrijven in de procesindustrie

•

Forum

DP en Ex Fisco/Fnico

Forum Afsluiting


PROFIBUS en explosieveiligheid

4

Wat is ATEX? Waarom ATEX? ATEX = ATmosphères EXplosibles Inleiding Wat is een veldbus?

en is feitelijk een veiligheidswetgeving voor de EU.

Explosieveiligheid Beschermingsmethodieken DP en Ex Fisco/Fnico PA en Ex Praktijkcases uitwerken met specificatieblad en

1988 Piper Alpha: 167 doden

Forum

gasexplosie

Afsluiting

stofexplosie PROFIBUS & PROFINET Nederland


5

Wat is veiligheid? Het voorkomen van: Inleiding Wat is een veldbus? Explosieveiligheid Beschermingsmethodieken DP en Ex Fisco/Fnico PA en Ex Praktijkcases uitwerken met specificatieblad en Forum Afsluiting



6

Voorwaarden voor een explosie Hier geldt de branddriehoek: Inleiding Wat is een veldbus? Explosieveiligheid

Hoe ontstaan gevaarlijke situaties?

Beschermingsmethodieken DP en Ex Fisco/Fnico PA en Ex Praktijkcases uitwerken met specificatieblad en Forum Afsluiting

Verladen van brandbare stoffen PROFIBUS & PROFINET Nederland


7

Voorwaarden voor een explosie Brandbare stof moet voldoende aanwezig zijn Inleiding Wat is een veldbus? Explosieveiligheid Beschermingsmethodieken DP en Ex Fisco/Fnico PA en Ex

Vuistregel: 10 liter brandbare stof in een afgesloten ruimte van ca. 100m3 vormt reeds een explosiegevaarlijke situatie (6m x 6m x 3m)

Praktijkcases uitwerken met specificatieblad en Forum Afsluiting

Realiseren we ons de mogelijke gevolgen? PROFIBUS & PROFINET Nederland


8

Stappenplan voor veiligheid De beveiliging dient te geschieden in 3 stappen: Inleiding Wat is een veldbus? Explosieveiligheid Beschermingsmethodieken DP en Ex

1. Voorkom de vorming van een explosieve atmosfeer 2. Voorkom ontsteking van een explosieve atmosfeer 3. Verklein het effect van een explosie

Fisco/Fnico PA en Ex Praktijkcases uitwerken met specificatieblad en Forum Afsluiting



9

Resultaat na stofexplosie




10

Ontstekingsbronnen


Hete oppervlakken Elektrische vonken Mechanische slag en wrijving Straling (optisch, elektromagnetisch en ioniserend) Vlammen en hete gassen (exotherme reacties) Adiabatische compressie Blikseminslag Elektrostatische ontladingen PROFIBUS & PROFINET Nederland


11

Elektrostatische ontlading




12

Zone concept Aanwezigheid van explosiegevaarlijke atmosfeer

Geen actieve ontstekingsbron bij

Certificeringplicht voor elektrische apparaten

Apparaat categorie volgens 94/9/EC

Normaal bedrijf en fout bij één beschermingswijze of bij het optreden van 2 onafhankelijke fouten

Ja

Categorie 1

Zone 20

Continue of langdurig of regelmatig

Zone 1

Af en toe

Normaal bedrijf en met regelmatig optredende storingen

Ja

Categorie 2

Niet waarschijnlijk en slechts voor een korte periode

Normaal bedrijf

Nee (leveranciersverklaring)

Categorie 3

Inleiding Wat is een veldbus? Explosieveiligheid

Zone 0

Beschermingsmethodieken DP en Ex Fisco/Fnico PA en Ex Praktijkcases uitwerken met specificatieblad en

Zone 21 Zone 2 Zone 22

Forum Afsluiting

Zonering is een plicht voor de plant eigenaar PROFIBUS & PROFINET Nederland


13

Voorbeeld Zone indeling


Verladingsstation voor brandbare stoffen PROFIBUS & PROFINET Nederland


14

Explosie (materieel) groepen


Explosieveilig elektrisch materiaal is verdeeld in 2 groepen Groep I

Groep II


Elektrische apparatuur voor mijnbouw


Elektrische apparatuur voor alle andere gevaarlijke gebieden PROFIBUS en explosieveiligheid

15

Gasgroepen

Inleiding

Gassen en dampen zijn onderverdeeld in gasgroepen

Wat is een veldbus?

Beschermingsmethodieken DP en Ex Fisco/Fnico PA en Ex

IIC (bijv. Waterstof)

Gevaar

Explosieveiligheid

IIB (bijv. Ethyleen) IIA (bijv. Propaan) I

(Methaan)


Let op de schrijfwijze in specificaties: “Zone IIC” is een regelmatig voorkomende fout! PROFIBUS & PROFINET Nederland


16

Temperatuurklassen

Inleiding Wat is een veldbus?

Temperatuurklasse van het elektrisch materieel

Ontstekingstemperatuur van het brandbare materiaal

Hoogst toelaatbare oppervlakte temperatuur


T1

> 450°C

450°C

DP en Ex

T2

> 300°C ≤ 450°C

300°C

Fisco/Fnico

T3

> 200°C ≤ 300°C

200°C

T4

> 135°C ≤ 200°C

135°C

T5

> 100°C ≤ 135°C

100°C

T6

> 85°C ≤ 100°C

85°C

Explosieveiligheid

PA en Ex Praktijkcases uitwerken met specificatieblad en Forum Afsluiting



17

Materieelgroep / temperatuurklasse

T1


T4

Acetaldehyde

Methaan

II A

Aceton

Butaan

Petroleum

Ammoniak

N-butylalcohol

Dieselolie

Beschermingsmethodieken DP en Ex

Azijnzuur

Kerosine

Benzeen

Stookolie

Ethaan

Hexaan

Ethylacetaat

Benzine

T5

T6

Zwavelkoolstof

Ethylnitraat

Methanol Propaan

Fisco/Fnico

Styreen

PA en Ex

Forum

T3

I

Explosieveiligheid


T2

Tolueen

II B

II C

Steenkoolgas

Ethyleen

Koolmonoxide

Propyleenoxide

Waterstof

Acetyleen

Zwavelwaterstof

Ethylether

*) 102°C Æ T6

Afsluiting



18

Ontsteekenergie & ontsteektemperatuur


Verschillende begrippen maar beide belangrijk! Voorbeelden: • waterstof, IIC, T1 Ontsteektemperatuur: 585°C Min. Ontsteekenergie: 20 µJoule • acetaldehyde, IIA, T4 Ontsteektemperatuur: 140°C Min. Ontsteekenergie: 370 µJoule PROFIBUS & PROFINET Nederland


19

Beschermingsmethodieken (BTO’s)


Ex d Ex p Ex e Ex ia Ex ib Ex m Ex q Ex o Ex n

EN Norm 60079-1 60079-2 60079-7 60079-11 60079-11 60079-18 60079-5 60079-6 60079-15


Drukvast omhulsel Pressurized, inwendige overdruk Erhöhte Sicherheit, verhoogd veilig Intrinsieke veiligheid voor zone 0, 1 of 2 Intrinsieke veiligheid voor zone 1 of 2 Moulded, ingegoten materieel Quartz, poedervulling Olievulling Non incendive, niet ontstekend (zone 2!) PROFIBUS en explosieveiligheid

20

Drukvast omhulsel (Ex d)

Inleiding Wat is een veldbus? Explosieveiligheid Beschermingsmethodieken DP en Ex Fisco/Fnico PA en Ex Praktijkcases uitwerken met specificatieblad en

Beschermingsmethode om vonkende of heet wordende elektrische onderdelen in een gevaarlijke atmosfeer toe te kunnen passen Indien binnen dit omhulsel een ontploffing optreedt, is dit sterk genoeg voor de korte dynamische overdruk en zal de overdruk en temperatuurverhoging afgebouwd worden via de zg. vlamdoofwegen (genormeerde (tolerantie) pasvlakken en schroefdraden)

Forum Afsluiting



21

Drukvast omhulsel (Ex d)


Energie verlies

Beschermingsmethodieken DP en Ex Fisco/Fnico PA en Ex Praktijkcases uitwerken met specificatieblad en Forum

Interne explosie

Principe werking van de vlamdoofweg

Afsluiting



22

Drukvast omhulsel (Ex d) Inkapseling methodes: Inleiding Wat is een veldbus? Explosieveiligheid Beschermingsmethodieken

1) Inkapseling van de gehele behuizing Toepassing: Ex d kasten voor installatie van conventioneel industrieel materiaal

DP en Ex Fisco/Fnico PA en Ex Praktijkcases uitwerken met specificatieblad en

2) Inkapseling van het component Toepassing: Ex d modulen voor

Forum Afsluiting

installatie in Ex e kasten



23

Verhoogde veiligheid (Ex e)

Inleiding Wat is een veldbus? Explosieveiligheid Beschermingsmethodieken

Beschermingsmethode alleen toepasbaar bij normaal niet vonkend materieel. De klemming van de elektrische verbinding is verhoogd veilig, door een trilvaste aansluiting. Mogelijk hogere temperaturen zijn vastgelegd in de temperatuurklasse van het materieel.

DP en Ex Fisco/Fnico PA en Ex Praktijkcases uitwerken met specificatieblad en Forum Afsluiting

Vernieuwde strengere eisen Afdichting ondergaat verouderingstest Kleminrichting ondergaat een trektest op de ader PROFIBUS & PROFINET Nederland


24

Verhoogde veiligheid (Ex e)


Bescherming tegen het losraken van de bedrading

Bescherming tegen het indringen van stof en water, min. IP54


Bedrading Luchtwegen

Fisco/Fnico PA en Ex

Kruipwegen

Slagvastheid van tenminste 7 Nm

Praktijkcases uitwerken met specificatieblad en Forum

Temperatuur beperking

Afsluiting


Bescherming tegen elektrostatische lading


25

Ingieten met gietmassa (Ex m)


Beschermingsmethode waarbij elektrisch vonkend of heet wordend materieel compleet ingegoten wordt in een kunststof hars.

Explosieveiligheid Beschermingsmethodieken DP en Ex Fisco/Fnico PA en Ex

weerstand tegen div. invloeden (veroudering, slagvastheid) niet hygroscopisch holle ruimten slechts beperkt toegestaan dikte van de “potting” in norm vastgelegd


Toepassingen: elektronica, magneetspoelen voor kleppen, etc. PROFIBUS & PROFINET Nederland


26

Intrinsieke veiligheid (Ex i)


Beschermingsmethode waarbij de energie in stroomkringen quadratisch begrensd wordt door spanning- & stroombegrenzing E = ½ x C x U² E = ½ x L x I² U begrensd met zenerdiode I begrensd met weerstand


• Zone 1: Ex ib (1 fout moet de veilige situatie handhaven) • Zone 0: Ex ia (2 fouten moeten de veilige situatie handhaven)



27

Non incendive (Ex n) Beschermingsmethode uitsluitend voor zone 2 Inleiding Wat is een veldbus? Explosieveiligheid Beschermingsmethodieken DP en Ex Fisco/Fnico PA en Ex Praktijkcases uitwerken met specificatieblad en Forum

vereenvoudigde uitvoering van bestaande beschermingswijzen fabrikant neemt hierbij juridisch eigen verantwoordelijkheid Subvarianten: Ex nA (non Arcing) Ex nC (closed construction) Ex nL Æ Ex ic (limited energy) Ex nP Æ Ex pz (pressurization) Ex nR (restricted breathing)

’eenvoudige’ variant van: Ex e Ex d of Ex m Ex ia, Ex ib Ex p (Ex px, Ex py)

Afsluiting

Hier zien velen door de bomen het bos niet meer! PROFIBUS & PROFINET Nederland


28

Intrinsieke veiligheid (Ex i)


Hier wordt onderscheid gemaakt in: • het entiteiten model (EN 60079-11, voorheen EN 50020) • intrinsiek veilige systemen (EN 60079-25, voorheen EN 50039) • FISCO (& voorheen FNICO) (EN 60079-27)

Beschermingsmethodieken DP en Ex Fisco/Fnico

FISCO : Fieldbus Intrinsically Safe Concept (voor zone 1) FNICO : Fieldbus Non Incendive Concept (voor zone 2)


Waarom FISCO? Bij gebruik van veldbus met vaste elektrische parameters en gedefinieerde kabel specificaties is PTB ooit op het idee gekomen om de loopberekening te vereenvoudigen, mits gebruik gemaakt van FISCO gecertificeerde componenten. PROFIBUS & PROFINET Nederland


29

FISCO en de normontwikkeling De IEC 60079-27 omvatte in de eerste editie FISCO & FNICO. Inleiding Wat is een veldbus? Explosieveiligheid Beschermingsmethodieken

Doordat Ex nL in de 79-15 reeds naar Ex ic in de 79-11 is verhuisd, is FNICO uit de IEC 60079-27 editie 2 verdwenen. We spreken dus alleen nog van FISCO.


Huidige ontwikkeling in normcommissie:


EN 60079-27 wordt opgeheven (!); toekomstig geintegreerd in: EN 60079-11 (producten) EN 60079-25 (systemen)



30

Stofexplosieveiligheid Door de komst van ATEX is er meer aandacht voor stof. Inleiding Wat is een veldbus? Explosieveiligheid Beschermingsmethodieken DP en Ex Fisco/Fnico

Nieuwe beschermingswijzen tegen ontsteking vanuit de IEC Ex tD Ex pD Ex iD Ex mD

: protection by enclosure for Dust : pressurization for Dust : intrinsic safe for Dust : moulded for Dust




31

Bescherming door behuizing Ex tD Æ Ex t


Door middel van een behuizing met voldoende gegarandeerde IP afdichting een stofexplosieveilige situatie creëren. > IP5x : voor zone 22 > IP6x : voor zone 21 (en zone 22 bij geleidende stoffen) uiteraard mèt een max. oppervlakte temperatuur in T…°C


Markeringsvoorbeeld:

PA en Ex

IP 65 T80°C Ex tD A21 T80°C

(CENELEC) (IEC)


Ex iD en Ex mD varianten lijken sterk op de ‘gas’ varianten, waarbij normen uit de IEC 61241 serie nu ook naar IEC 60079 integreren PROFIBUS & PROFINET Nederland


32

ATEX in detail ATmosphères EXplosibles Inleiding Wat is een veldbus? Explosieveiligheid

Richtlijn in kader van EU veiligheidsregelgeving


Europese Commissie in Brussel PROFIBUS & PROFINET Nederland


33

Twee ATEX Richtlijnen


ATEX 95 product richtlijn officieel 94/9/EC verplichting voor fabrikant beoogt het wegnemen van handelsbelemmeringen en veiligheid van producten valt onder de Warenwet


ATEX 137 installatie of sociale richtlijn officieel 1999/92/EC verplichting voor werkgever beoogt gezondheidsbescherming en veiligheid van werknemers valt onder het ARBO Besluit


34

De relatie tussen de ATEX Richtlijnen


ATEX 137 Zone (gas) 0 1 2 Zone (stof) 20 21 22 PROFIBUS & PROFINET Nederland

ATEX 95 Categorie 1G 2G 3G Categorie 1D 2D 3D PROFIBUS en explosieveiligheid

35

ATEX 95 certificeringstrajecten

Categorie 1 of M1

Inleiding

Categorie 2 of M2

Categorie 3

Wat is een veldbus? elektrische apparaten

Explosieveiligheid

andere apparaten

Beschermingsmethodieken EG-Type onderzoek (III)

EG-Type onderzoek (III)

DP en Ex

Interne fabricage controle

Afsluiting

Productie QS borging (VII)

Overeenstemming met type (VI) (*)

Forum

QS Productie (IV)


Productkeuring (V) (*)

PA en Ex

Interne fabricage controle en gegevens – aangemelde instantie

Fisco/Fnico

CE-Markering door fabrikant of aangemelde instantie (*) PROFIBUS & PROFINET Nederland


36

Dus; eisen per categorie (elektrisch)


Categorie 1: EG Type certificaat èn Production Quality Assessment Categorie 2: EG Type certificaat èn Production Quality Assessment

Explosieveiligheid Beschermingsmethodieken DP en Ex Fisco/Fnico PA en Ex Praktijkcases uitwerken met specificatieblad en Forum Afsluiting

Categorie 3: Type certificaat (vrijwillig) èn interne productiecontrole PROFIBUS & PROFINET Nederland


37

Voorbeelden van productmarkeringen

Inleiding

Belangrijke uitgangspunten:

Wat is een veldbus? Explosieveiligheid

• de Europese richtlijnen zijn wetmatig verplicht te vervullen


• normen zijn hulpmiddelen om aan te tonen dat aan de betreffende richtlijn wordt voldaan PROFIBUS & PROFINET Nederland


38

Categorie 1G


0344

II 1G EEx ia IIC T4


Ex zone 0

DP en Ex

----------------------------------------------------------------

Fisco/Fnico

Niet gevaarlijk gebied


0102

II (1)GD [EEx ia] IIC



39

Categorie 2G (zone 1)


24VDC PROFIBUS DP

Forum Afsluiting

0044

II 2(1)G Ex de [ia] IIC T6



40

Categorie 2G en 1G (zone 1 en zone 0)


24VDC PROFIBUS DP

Forum Afsluiting

0044

II 2(1)G Ex de [ia] IIC T6

Zone 1 PROFIBUS & PROFINET Nederland

Zone 0


41

Categorie 3G en 2G

Inleiding

II 3(2)G EEx nA [ib] IIC T4

Wat is een veldbus?

Zone 2

Zone 1

Explosieveiligheid Beschermingsmethodieken DP en Ex Fisco/Fnico

0102

PA en Ex Praktijkcases uitwerken met specificatieblad en

II 2G EEx ia IIC T6

Forum Afsluiting

II 3G EEx nL IIC T4 PROFIBUS & PROFINET Nederland


42

Loop calculatie (entiteiten model) transmitter voeding met ‘safety output parameters’: Inleiding Wat is een veldbus? Explosieveiligheid Beschermingsmethodieken DP en Ex Fisco/Fnico PA en Ex Praktijkcases uitwerken met specificatieblad en Forum

Uo = 28V

Lo (IIB) = 14mH

Lo (IIC) = 2mH

Io = 93mA

Co (IIB) = 650nF

Co (IIC) = 83nF

Po = 650mW transmitter met ‘entity parameters’ Ui <= 28V

Li = 10µH

Ii <= 120mA

Ci = 1nF

Pi <= 0.84W

Afsluiting

aansluitkabel C = 48nF/km PROFIBUS & PROFINET Nederland

L = 0.75mH/km PROFIBUS en explosieveiligheid

43

Loop calculatie (entiteiten model) remote I/O met ‘safety output parameters’: Inleiding Wat is een veldbus? Explosieveiligheid Beschermingsmethodieken DP en Ex Fisco/Fnico PA en Ex Praktijkcases uitwerken met specificatieblad en Forum

Uo = 26V

Lo (IIB) = 20mH

Lo (IIC) = 5.3mH

Io = 84.3mA

Co (IIB) = 770nF

Co (IIC) = 99nF


Li = 0

Ii <= 50mA

Ci = 5nF

Pi <= 1W

Afsluiting



44

Loop calculatie (entiteiten model) zenerbarrière ‘safety output parameters’: Inleiding Wat is een veldbus? Explosieveiligheid Beschermingsmethodieken DP en Ex Fisco/Fnico PA en Ex Praktijkcases uitwerken met specificatieblad en Forum

Uo = 28,4V

Lo (IIB) = 2mH

Lo (IIC) = 0.5mH

Io = 24mA

Co (IIB) = 370nF

Co (IIC) = 79nF


Li = 0

Ii <= 50mA

Ci = 5nF

Pi <= 1W

Afsluiting



45

Loop calculatie (entiteiten model) zenerbarrière ‘safety output parameters’: Inleiding Wat is een veldbus? Explosieveiligheid Beschermingsmethodieken DP en Ex Fisco/Fnico PA en Ex Praktijkcases uitwerken met specificatieblad en Forum

Uo = 28,4V

Lo (IIB) = 2mH

Lo (IIC) = 0.5mH

Io = 24mA

Co (IIB) = 370nF

Co (IIC) = 79nF


Li = 0

Ii <= 75mA

Ci = 0

Pi <= 150mW

Afsluiting



46

Laatste ontwikkelingen

Inleiding

Introductie van Equipment Protection Levels in volle gang!

Wat is een veldbus?

EN 60079 series EN 61241 series Zone

ATEX 95 Category

EN 60079 series (last editions) EPL

DP en Ex

0

1G

Ga

Fisco/Fnico

1

2G

Gb

PA en Ex

2

3G

Gc

20

1D

Da

21

2D

Db

22

3D

Dc





47

Wat is een veldbus?



PROFIBUS Waterdag 2009

49

Veldbus is zenuwstelsel bij de mens




50

‘zenuwstelsel’ in waterbehandelingsinstallatie




51

Conventionele oplossing in waterbehandelingsinstallatie




52

‘Zenuwstelsel’ ook geschikt voor Ex en veiligheid

Inleiding Wat is een veldbus? Explosieveiligheid Beschermingsmethodieken DP en Ex Fisco/Fnico PA en Ex Praktijkcases uitwerken met specificatieblad en Forum

Veiligheid SIL3/CAT.4

Afsluiting



53

Volledig digitaal conventional

Analog


CPU

Process Control

4..20 mA

CPU

Analog + digital

HART


4..20 mA CPU

smart signal

CPU

DP en Ex Fisco/Fnico PROFIBUS

Digital


CPU

PROFIBUS

CPU

Forum Afsluiting

Grotere nauwkeurigheid van 20% door PROFIBUS Automation Technology Grotere proceskwaliteit Constante proceskwaliteit



54

Meer informatie


Conventioneel

PROFIBUS


15,3 mA

Fisco/Fnico PA en Ex Praktijkcases uitwerken met specificatieblad en

Actuator

Actuator

1st value = 70,6 2nd -n value= eindschakelaar, draaimoment, remote/local, ... unit = % or mm status = ok diagnose = ok

Forum

Warning:

starts/run te hoog (aandrijving ontvangt te veel starts per tijdseenheid)

Afsluiting

Oorzaak:

het proces is onrustiger dan gepland/verwacht

Oplossing:

optimaliseer proces door procesinstellingen te wijzigen

Resultaat:

levensduurverlenging alle apparatuur



55

Situering PROFIBUS




56

‘Zenuwstelsel’ - Plant-Wide Automatisering De oplossing voor alle plant onderdelen Inleiding Wat is een veldbus?

PROFIBUS

PROFIBUS

PROFIBUS


Upstream Inbound Logistics

Mainstream Main stream Production

Downstream Outbound Logistics

PROFIBUS Automation Technology PROFIBUS & PROFINET Nederland


57

PROFIBUS DP nodes PROFIBUS Nodes

Inleiding

25 m


28.4 m

In 2008: 5.0 m nodes!

20 m

18.8 m


15 m

At the beginning of 2004, we said:

10 m

Over the next 4 years, we will double the number of installed PROFIBUS nodes to 20 million.


5m

Forum Afsluiting 1994

1990


2008

1999

2000

2004

Time

2007


58

Wat is PROFIBUS? Van centrale automatisering-systemen Inleiding Wat is een veldbus? Explosieveiligheid

z

met een centrale PLC en

z

sensors/actuators

z

gebaseerd op 4-20 mA en 0-10 V technologie

Beschermingsmethodieken DP en Ex Fisco/Fnico PA en Ex Praktijkcases uitwerken met specificatieblad en

… via gedistribueerde automatisering-systemen

Forum

z

met een PLC/IPC en

Afsluiting

z

decentrale periferie

z

gebaseerd op veldbus technologie PROFIBUS & PROFINET Nederland

PROFIBUS

e


59

Fisco/Fnico – John van Leeuwen




60

Traditionele aanpak (entity concept) EEx i interface


R, L, C

Po, Uo, Io Co, Lo


EEx i veld instrument

Pi , Ui , Ii Ci , Li

Procedure:


z

Controleer EEx i veiligheid-parameters van alle instrumenten

z

Controle voor overeenstemming: z

Uo =< Ui , Io =< Ii , Po =< Pi …...voor elk instrument

z

Evaluatie van netwerk capaciteit en inductie z

Ci + Ckabel =< Co

z

Li + Lkabel =< Lo


61

Introductie FISCO

Fieldbus Intrinsic Safety Concept Inleiding Wat is een veldbus? Explosieveiligheid Beschermingsmethodieken DP en Ex

Een nieuwe technische specificatie voor een EEx i veldbus Maakt gebruik van experimenten op vonk ontsteking


Levert meer stroom aan de EEx i trunk dan vroegere ‘Entity’ model; er kunnen dus meer veldinstrumenten worden aangesloten

Forum Afsluiting

Eerste vereenvoudiging van explosie beveiligingstechnieken sinds jaren! PROFIBUS & PROFINET Nederland

62

Experiment en resultaat 1000 m cable z 15V z Resistive limitation (EEx ia) z Gas Group IIC z Inleiding Wat is een veldbus? Explosieveiligheid Beschermingsmethodieken

Supply with cable with Terminators

280

Supply with cable

273


Power Supply 0

215

50

100

150

200

250

300

Ignition current in mA (Including Safety Factor)

Forum Afsluiting Source: Dr. Ulrich Johannsmeyer


63

Voordelen van FISCO


Voorheen werden EEx i veldbus installaties uitgevoerd volgens IEC/EN60079-14 (‘Entity’). Hierbij was verplicht: Calculatie van kabel parameters

Explosieveiligheid

Vergelijk van de veiligheid parameters


Maken van een DSD (descriptive system document)


Nu IEC 60079-27 FISCO Technische specificatie Neemt de noodzaak weg om de kabel parameters te

berekenen

reduceert veiligheid documentatie tot een lijst van instrumenten Staat toe om instrumenten toe te voegen zonder de veiligheid

documentatie aan te passen

Als door tests aangetoond kunnen langere kabels met een

hogere capaciteit worden toegepast PROFIBUS & PROFINET Nederland

64

Het FISCO model Inleiding Wat is een veldbus? Explosieveiligheid Beschermingsmethodieken DP en Ex Fisco/Fnico PA en Ex Praktijkcases uitwerken met specificatieblad en

geïntroduceerd 1994

IEC 61158-2 laat het gebruik van het FISCO model toe. “Fieldbus Intrinsic Safety Concept”

Biedt de gebruikers een duidelijke handleiding voor het ontwerpen en installeren van PROFIBUS PA netwerken in explosie-gevaarlijke ruimtes. DP/PA coupler

31,25 kbit/s

DP

MBP (PROFIBUS PA)

PA

Boom

Daisy-chain

Spur

Forum Afsluiting


65

Waar is het FISCO model op gebaseerd? z

Elk segment heeft slechts 1 voedingbron en er wordt geen extra voeding op de bus aangeboden

z

De veldinstrumenten gedragen zich als passieve stroom opnemers (current sinking)

z

Passieve lijn afsluiting is aangebracht aan beide uiteinden van de trunk

DP en Ex

z

Lineaire, boom en ster netwerken zijn toegestaan

Fisco/Fnico

z

Kabellengte gelimiteerd tot:



1 Km in IIC

z

5 Km in IIB (1900 meter door standaard)

z

Spurlengte gelimiteerd tot: 30 meter (60 meter in nieuwe draft)

z

Elk instrument: capaciteit en inductie gelimiteerd tot Ci < 5 nF, Li < 10 uH

Forum Afsluiting

z


66

Het FISCO model z Inleiding Wat is een veldbus? Explosieveiligheid

Parameter Loop resistance Loop inductance Capacitance Max length of each spur cable Max length of each trunk cable


Het experiment dekte een gedefiniëerd bereik van de kabel parameters, circuit spanning en stroom. Daarom zijn de toegestane kabel parameters in een FISCO circuit beperkt tot : Value 15 ohm to 150 ohm / km 0.4 mH to 1 mH / km 80 nF to 200 nF / km 60 m in IIC & IIB 1 km in IIC & 5 km in IIB

Table 1 - FISCO cable parameters z

Het is eenvoudig om binnen deze grenzen te blijven omdat een typische veldbus trunk kabel parameters heeft als: 50 Ω/km, 0,8 mH/km en 120 nF/km. De lengte van de trunk is meestal bepaald door de operationele eisen. PROFIBUS & PROFINET Nederland

67

Samenvatting FISCO z

FISCO toepasbaar in alle gasgroepen en explosiegevaarlijke gebieden.

z

Het aantal veldinstrumenten dat kan worden aangesloten op een veldbus segment wordt alleen beperkt door de beschikbare voeding en de weerstand van de kabel.

z

Het segment kan worden uitgebreid zonder de noodzaak om nieuwe calculaties uit te voeren (binnen de grenzen van het FISCO model).

z

Instrumenten van verschillende leveranciers kunnen worden uitgewisseld zonder de noodzaak om nieuwe calculaties uit te voeren.


Geen Systeem certificering nodig! PROFIBUS & PROFINET Nederland

68

Samenvatting


Entity benadering


Kabellengte beperkt bij alle gassen: 1.9 Km Max spur lengte: 120 m Volledige calculatie van veiligheids parameters

DP en Ex Fisco/Fnico PA en Ex

FISCO applicatie



Kabellengte limiet: 1 Km in IIC 1.9 Km in IIB Max spur lengte: 60 m Geen verdere kabel parameter overwegingen nodig Eenvoudige uitwisseling van instrumenten 69

FNICO Fieldbus Non-Incendive Concept Inleiding Wat is een veldbus? Explosieveiligheid Beschermingsmethodieken DP en Ex Fisco/Fnico PA en Ex Praktijkcases uitwerken met specificatieblad en Forum Afsluiting

FNICO is: Voor veldbus in Zone 2 explosiegevaarlijke gebieden. Er mag altijd aan de installatie gewerkt worden zonder gas clearance, identiek als bij EEx i. Gebaseerd op FISCO, het Fieldbus Intrinsic Safety Concept. Eenvoudig te installeren, eenvoudig te documenteren, eenvoudig te onderhouden. Met FNICO zijn de trunk en spurs Non-incendive. in IEC 60079-27. PROFIBUS & PROFINET Nederland

70

Zone 2/ EEx n definities Non-arcing circuit: Inleiding

Kan hogere spanning en stroom niveau’s hebben

Wat is een veldbus?

Niet onder spanning aan te werken


Kabels moeten mechanisch beschermd zijn Geen fouten in overweging genomen

Non-incendive circuit ‘Energie-beperkt’ tot een lager stroom en spanning niveau Als EEx i, echter zonder rekening te houden met fouten en met een lagere veiligheidsfactor (Kan gezien worden als ‘EEx ic’) Onder spanning aan te werken

Forum Afsluiting

Met FNICO zijn trunk en spurs Non-incendive PROFIBUS & PROFINET Nederland

71

Samenvatting - FNICO Biedt de voordelen van FISCO: Inleiding Wat is een veldbus? Explosieveiligheid Beschermingsmethodieken DP en Ex Fisco/Fnico

Eliminering van kabel parameter overwegingen Eenvoudige documentatie van systemen Toevoeging van nieuwe instrumenten zonder opnieuw de kabel parameters te bezien Onder spanning te werken in het explosie gevaarlijk gebied


Met de extra voordelen van een Zone 2: Hogere stroom beschikbaar op de trunk door de reductie van de veiligheid factor Meer veldinstrumenten per trunk PROFIBUS & PROFINET Nederland

72

Zone 2 en DP – John


LI

PI


LIC


FI

Forum Afsluiting

Safe Zone

Zone 2


Zone 1

Zone 0


73

Voordelen voor zone 2 classificatie z

Biedt mogelijkheden voor explosiegevaarlijke applicaties tegen lagere kosten dan EEx i of EEx d.

z

Staat voeding en hoog-vermogen circuits in het explosiegevaarlijk gebied toe (niet zomaar toegestaan in zone 1 of 0).

z

Gebruikers krijgen dezelfde voordelen als bij EEx i als het circuit EEx nL (energie-beperkt) is:


z

onder spanning werken

z

Sensoren als 'simpele apparaten'

Forum Afsluiting


74

Normale operationele condities


“Apparatuur wordt gebruikt onder normale operationele condities als het zowel mechanisch als elektrisch in overeenstemming is met het originele ontwerp en wordt gebruikt binnen de grenzen zoals door de fabricant is gespecificeerd.”



75

Denk eens na over “normale” situaties

Inleiding Wat is een veldbus? Explosieveiligheid Beschermingsmethodieken DP en Ex Fisco/Fnico PA en Ex

Halfgeleiders gaan niet kapot

Zener diodes vormen alleeen een kortsluiting

Weerstanden behouden hun weerstands waarde

Goed gedimensioneerde zekeringen gaan niet kapot

Transformator isolatie slaat niet door

Interconnectie kabels breken niet

Klemmen en componenten raken niet los


Dit alles kan wel gebeuren maar niet regelmatig PROFIBUS & PROFINET Nederland

76

Identificeer de typen circuits in zone 2


Non Incendive:

NON-ARCING CIRCUITS:

Energie-beperkt

Niet-vonkend


z Hoog

Veiligheidsfactor éénduidig z Laag vermogen circuits z Onder spanning aan werken z


vermogen en voeding circuits z Niet onder spanning aan werken

Gebruiker moet zorgen dat GEEN vonken ontstaan 77

Hoe zit dat bij Remote I/O? Non-arcing Inleiding

Voedingspanning aansluiting (bijv. lokale voeding)

Wat is een veldbus? Explosieveiligheid Beschermingsmethodieken DP en Ex

Non-incendive Interconnectie tussen I/O-modules en interne bus is EEx nL; dus onder spanning modules wisselen.


LET OP!!!! Veld circuits van de I/O modules zijn Non-arcing of Non-incendive, of een combinatie van beiden. PROFIBUS & PROFINET Nederland

78

Consequenties voor PROFIBUS in zone 2 RS-485 Data-interface Inleiding

z

Mode of operation

Differential

z

Toegestane aantal Tx en Rx

32 Tx 32 Rx

z

Maximale kabel lengte

(1200 meter)


z

Maximaal driver uitgangsbereik

±6V

DP en Ex

z

Maximale driver kortsluitstroom

250mA


Fisco/Fnico PA en Ex

2 Amps Hydrogen group

Praktijkcases uitwerken met specificatieblad en Forum Afsluiting 6 Volts PROFIBUS & PROFINET Nederland

79

Veilig gebruik van RS 485 in zone 2 z Inleiding

Uit de specificatie van de PROFIBUS DP blijkt: z

de maximale open-circuit spanning is ±6V (Driver uitgangsbereik)

z

de maximale kortsluitstroom van 250 mA (Driver kortsluitstroom)


z

Fisco/Fnico

z

PA en Ex Praktijkcases uitwerken met specificatieblad en Forum

Refererend aan de IEC Resistive Ignition Curves geldt:

z

Zelfs voor de gasgroep IIC (Hydrogen) is een spanning van 6 volt veilig om te gebruiken bij een stroom van maximaal 2.5 A

Voor toepassing in Zone 2 is geen noodzaak om safety factor toe te passen op dit energie niveau

Afsluiting


80

Veilig gebruik van RS 485 in zone 2

Inleiding Wat is een veldbus? Explosieveiligheid Beschermingsmethodieken DP en Ex Fisco/Fnico PA en Ex Praktijkcases uitwerken met specificatieblad en Forum

In Ex applicaties is het noodzakelijk om rekening te houden met de opslag van energie in de geinstalleerde kabel (door inductie en capaciteit). De inductie en capaciteit is te vinden in het spec.blad van de kabel.

De toelaatbare stroom is bepaald door de circuit inductie. Voor IIC gassen is de benodigde energie om een ontsteking te veroorzaken= 40 μ Joules De toelaatbare inductie bij 250 mA is 1.28 mH, hetgeen overeenkomt met meer dan 1,28 km kabel

Voor IIB gassen is de benodigde energie om een ontsteking te veroorzaken= 160 μ Joules. De toelaatbare inductie bij 250 mA is 5.12 mH, hetgeen overeenkomt met meer dan 5,12 km kabel

De toelaatbare spanning is bepaald door de circuit capaciteit. Bij 6 volt is kabel capaciteit irrelevant door de minimale waarde.

Afsluiting


81

Kast voor zone 2

Inleiding

Ex schakelaar

~


24 Volt DC of 115/230 Volt AC Voeding entree z Ex’n’ type wartel

of

Fisco/Fnico

z Ex’e’ type wartel

Gebruik afgeschermde kabel

Kast z minimum IP54 z impact-proof to 7Nm

Forum Afsluiting

-

overtreft type Ex’n’


De kast zou een Ex’e’ standaard moeten zijn als een Ex ‘de’ gecertificeerde schakelaar intern gemonteerd is.

Zekering (optioneel) z

Acceptabele constructie beschreven in Ex’n’ standard ‘EN 50021’

z

PROFIBUS & PROFINET Nederland De zekering mag NIET gebruikt worden als afschakel punt

82

Ingress Protectie Code IEC / EN 60529 Inleiding Wat is een veldbus? Explosieveiligheid Beschermingsmethodieken

First Numeral

Second Numeral

Protection against solid bodies

Protection against liquid

No protection

0

0

No protection

Objects greater than 50mm

1

1

Vertically dripping water

Objects greater than 12mm

2

2

Angled drip. water -75Oto90O

Objects greater than 2.5mm

3

3

Sprayed water

Objects greater than 1.0mm

4

4

Splashed water

Dust protected

5

5

Water jets

Dust-tight

6

6

Heavy seas

7

Effects of immersion

8

Indefinite immersion



83

Consequenties voor installeren

~


Bescherming voedingskabel z voldoen aan Nationale Installatie Standaards (bijv. gearmeerd in NL)


PROFIBUS DP (RS485) z beschermd voor betrouwbaarheid z niet energie-beperkt voor elektrische veiligheid tenzij hoge capaciteit of inductie

I/O Circuits

Forum

z EEX nL of EEX nA (gearmeerde kabel)

Afsluiting

z Bij EEx i gelden de normale regels voor bekabeling en scheiding van andere circuits PROFIBUS & PROFINET Nederland

84

Consequenties voor onderhoud

Inleiding Wat is een veldbus? Explosieveiligheid Beschermingsmethodieken DP en Ex

Toegang tot systeemkasten voor onderhoudwerkzaamheden is geaccepteerd, ervan uitgaande dat: duidelijke instructie gegeven is om te voorkomen dat er vonken gemaakt worden die tot een ontsteking kunnen leiden; alle bijgevoegde gebruiksaanwijzingen duidelijk aangeven welke onderhoud acties veilig uitgevoerd kunnen worden.


Met andere woorden:


Identificeer EEx nL en EEX nA Circuits 85

Indentificeer ExnL en ExnA circuits

Inleiding Wat is een veldbus? Explosieveiligheid Beschermingsmethodieken DP en Ex Fisco/Fnico


EEx ‘de’ schakelaar

Railbus Vcc (+12V) 0V

Naar volgende I/O modules

Non-arcing aansluiting tussen I/O module en centrale voeding Railbus voeding Non-incendive aansluiting tussen I/O module en Railbus

Carrier

PA en Ex

Centrale voeding

I/O module

Non-incendive aansluiting tussen I/O module en veld circuits

Forum Afsluiting


EEX nL veld circuits

86

Identificeer ExnL en ExnA circuits



EEx ‘de’ schakelaar

Railbus Vcc (+12V) 0V Non-arcing aansluiting tussen I/O module en centrale voeding Railbus voeding Non-incendive aansluiting tussen I/O module en Railbus

Naar volgende I/O modules

Carrier

PA en Ex

Centrale voeding

I/O module

Forum

EEX nA aansluiting tussen I/O module en veld circuits

Afsluiting


87

Flexibiliteit in aan te sluiten signalen


LI

PI


LIC


FI

Forum Afsluiting

Safe Zone

Zone 2


Zone 1

Zone 0


88

Flexibiliteit in aan te sluiten signalen

Inleiding

Alle signalen vanuit veilige en explosiegevaarlijke gebieden op dezelfde node.

Wat is een veldbus? Explosieveiligheid Beschermingsmethodieken DP en Ex Fisco/Fnico

Zone 2 EEx nA + EEx nL Zone 1 EEx d + EEx p

Zone 0,1 EEx i


Zone 0,1 EEx i


89

Zone 1 en DP - Marco


LI

PI


LIC


FI

Forum Afsluiting

Safe Zone

Zone 2


Zone 1

Zone 0


90



LI

PI


LIC


FI

Forum Afsluiting

Safe Zone

Zone 2


Zone 1

Zone 0


91



LI

PI


LIC


FI

Forum Afsluiting

Safe Zone

Zone 2


Zone 1

Zone 0


92



LI

PI


LIC


FI

Forum Afsluiting

Safe Zone

Zone 2


Zone 1

Zone 0


93

Zone 1 en DP - Marco Ex i : Inleiding

Ex d :

Wat is een veldbus?

Ex m :

Explosieveiligheid

Ex q :


Ex e :

Intrinsieke veiligheid, elektronica aanpassen Drukvast, standaard elektronica inbouwen Ingegoten, standaard elektronica ingieten in epoxyhars Zandvulling, standaard elektronica omhullen met zand. Verhoogde veiligheid, voornamelijk LI PI voor bedrading.


LIC


FI

Forum Afsluiting

Safe Zone

Zone 2


Zone 1

Zone 0


94



Ex d, q of m Ex e + Ex i

Ex i + Ex e


LI

PI


Ex i + Ex e

PA en Ex

LIC


FI

Forum Afsluiting

Safe Zone

Zone 2


Zone 1

Zone 0


95

Zone 1 en DP - Marco Ex i Inleiding

Ex i

Wat is een veldbus?

Ex d, q, m Ex e

Explosieveiligheid

Ex i


LI

PI


DP DP

Ex i

Ex i + Ex e

PA en Ex

LIC


FI

Forum Afsluiting

Safe Zone

Zone 2


Zone 1

Zone 0


96



DP DP


Ex i

LI

PI


LIC


FI

Forum Afsluiting

Safe Zone

Zone 2


Zone 1

Zone 0


97



LI DP

PI

DP

LWL

LWL

PA en Ex

LIC


FI

Forum Afsluiting

Safe Zone

Zone 2


Zone 1

Zone 0


98



DP DP


DP

Ex i

LI

PI

DP

LWL

LWL

PA en Ex

LIC


FI

Forum Afsluiting

Safe Zone

Zone 2


Zone 1

Zone 0


99



LI

PI


LIC


FI

Forum Afsluiting

Safe Zone

Zone 2


Zone 1

Zone 0


100


Inleiding

Remote I/O Systeem Ex II 2G Ex de IIC

Wat is een veldbus?

Digitaal uit 24 VDC, 500 mA


LI

PI


Magneetventiel Ex II 2G EEx m II T4 24 VDC, 10 Watt

LIC FI

Forum Afsluiting

Safe Zone

Zone 2


Zone 1

Zone 0


101


Inleiding

Remote I/O Systeem Ex II 2G Ex de [ia] IIC Uo = 17.2 V DC Io = 68 mA

Wat is een veldbus? Explosieveiligheid Beschermingsmethodieken DP en Ex Fisco/Fnico PA en Ex Praktijkcases uitwerken met specificatieblad en

LI

PI

Magneetventiel Ex II 2G EEx ia IIC T6 U = 10 … 15 V DC Ui = 20 V DC I = 5 … 66 mA Ii = 85 mA

LIC FI

Forum Afsluiting

Safe Zone

Zone 2


Zone 1

Zone 0


102


Inleiding



LI

PI

Magneetventiel Ex II 2G EEx ia IIC T6 U = 21.5 … 28 V DC Ui = 35 V DC I = 20 … 66 mA Ii = 85 mA

LIC FI

Forum Afsluiting

Safe Zone

Zone 2


Zone 1

Zone 0


103


Inleiding



LI

PI

Magneetventiel Ex II 2G EEx ia IIC T6 U = 10 … 12 V DC Ui = 16,5 V DC I = 20 … 66 mA Ii = 85 mA

LIC FI

Forum Afsluiting

Safe Zone

Zone 2


Zone 1

Zone 0


104



DP DP


LI

PI


LIC


FI

Forum Afsluiting

Safe Zone

Zone 2


Zone 1

Zone 0


105



Bedankt voor Vragen? uw aandacht.

LI

PI

LIC


FI

Forum Afsluiting

Safe Zone

Zone 2


Zone 1

Zone 0


106

Zone 2 en PA - Walter


LI

PI


LIC


FI

Forum Afsluiting

Safe Zone

Zone 2


Zone 1

Zone 0


107

PROFIBUS PA in veilige ruimte en Zone 2


• • • •

Uitgangspunten definieren Stroomverbruik van de voeding Ex specificaties FNICO

Forum Afsluiting


PROFIBUS in Ex

108

Uitgangspunten

Inleiding

Specificaties segment

Wat is een veldbus?

Spare voor uitbreiding

20 %

Explosieveiligheid

Min spanning instrument

10 V


JB met kortsluitbeveiliging

5 mA

DP en Ex

kabelweerstand

50 Ohm/km

Verbruik instrument

20 mA

Voedingspanning

20 V

Voedingsstroom

400 mA

Verbruik communicatie

10 mA



PROFIBUS in Ex

109

PROFIBUS PA in veilige ruimte en zone 2

RS 485

Inleiding Wat is een veldbus? Explosieveiligheid Beschermingsmethodieken DP en Ex

Veilige Zone

DP PA

MBP Short circuit protection


Zone 2

Forum Afsluiting


PROFIBUS in Ex

110

PROFIBUS PA zone 2 voeding

RS 485


U=20 V

Veilige Zone

DP

I=400mA

PA

MBP

Beschermingsmethodieken U = 20 V DP en Ex

Isegm = ____ mA

Fisco/Fnico

S.C. = ____mA

PA en Ex

Belasting = ___%


Umin=10V

50 Ohm/km

I=20mA/instr S.C.=+25mA

Spare = ____mA Comm = 10 mA

L = 500 m

Ukabel = ___R * ___mA = ___V Umin =___ V

Forum Afsluiting


PROFIBUS in Ex

111


RS 485


U=20 V

Veilige Zone

DP

I=400mA

PA

MBP


Isegm = 100 mA

Fisco/Fnico

S.C. = 25 mA

PA en Ex

Belasting = 31%


Umin=10V

50 Ohm/km

I=20mA/instr S.C.= +25mA

Spare = 265 mA Comm = 10 mA

L = 500 m

Ukabel = 25 R * 100 mA = 2,5 V Umin = 17,5 V

Forum Afsluiting


PROFIBUS in Ex

112


RS 485


U=20 V

Veilige Zone

DP

I=400mA

PA

MBP


Isegm = ____mA

Fisco/Fnico

S.C. =____mA

PA en Ex

Belasting = ___%


Umin=10V

50 Ohm/km


Spare = ____mA Comm = 10 mA

L = 500 m

15 PA instrumenten

Ukabel = ____R * ____mA = ___V Umin = ___V

Forum Afsluiting


PROFIBUS in Ex

113


RS 485


U=20 V

Veilige Zone

DP

I=400mA

PA

MBP


Isegm = 300 mA

Fisco/Fnico

S.C. = 25 mA

PA en Ex

Belasting = 81%


Umin=10V

50 Ohm/km



L = 500 m

15 PA instrumenten

Ukabel = 25 R * 300 mA = 7,5 V Umin = 12,5 V

Forum Afsluiting


PROFIBUS in Ex

114


RS 485


U=20 V

Veilige Zone

DP

I=400mA

PA

MBP


Isegm = ___ mA

Fisco/Fnico

S.C. =____mA

PA en Ex

Belasting = ___%


Umin=10V

50 Ohm/km


Spare = ___ mA Comm = 10 mA

L = 200 m

L = 50 m

Ukabel1 =

Ukabel2 =

__R * ___mA = ___V

___R * ___mA = ___V

Umin = ____V

Umin = ____V

Afsluiting


PROFIBUS in Ex

115


RS 485


U=20 V

Veilige Zone

DP

I=400mA

PA

MBP


Isegm = 200 mA

Fisco/Fnico

S.C. = 25 mA

PA en Ex

Belasting = 56%


Umin=10V

50 Ohm/km



L = 200 m

L = 50 m

Ukabel1 =

Ukabel2 =

10 R * 200 mA = 2 V

2,5 R * 100 mA = 0,25 V

Umin = 18 V

Umin = 17,75 V

Afsluiting


PROFIBUS in Ex

116

PROFIBUS PA zone 2 Ex specificatie

RS 485


U=20 V I=400mA

Veilige Zone

DP PA

MBP

Beschermingsmethodieken DP en Ex Ex nA


Ex nA

Ex e Ex e

Ex nA

Ex nA

Forum Afsluiting

Ex nA

Ex nA


PROFIBUS in Ex

117

Verschillen Ex ic (nL) en Ex nA


Ex nL is ´ic´

Ex nA

Verificatie van “intrinsieke veiligheid” (U, I, L, C)

Shok proef verplicht

Apparataar beschouwd onder normale bedrijfsconditie Ex nL verondersteld LB en SC als “normaal operatieel bedrijf” In US noemt men dit “non-incendive field wiring” Plugging onder “life” conditie Intrinsiek veilige installatie

Apparataar beschouwd onder normale bedrijfsconditie Geen LB en SC onder “normaal operationeel bedrijf” condition” Plugging onder “life” conditie verboden Verhoogde veiligheid (Ex e) electrische installatie Geen onderscheid tussen Zone 1 en Zone 2 installatie Klimaattest verplicht (erg belastend voor ingegoten apparatuur)

Ex ic (nL) betere specificaties dan nA


PROFIBUS in Ex

118

Verschil Ex ic (nL) en Ex i Ex ic (voorheen nL)

Ex i

Houdt geen rekening met foutconditie

Houdt wel rekening met foutconditie


Geen galvanische isolatie Hogere spanning en/of capaciteit mogelijk geen fout conditie safety factor 1.0

tot 2 fouten voor cat. 1 apparatuur Galvanische isolatie geprefereerd (voor cat. 1 “ass. Apparatus”) Verlaagde spanning en/of capaciteit 2 fouten conditie safety factor 1.5

IEC 60079-27 safety factor van 1.1 voor “US requirements”

Ex ia of b heeft betere specificaties dan ic mag dus ook worden gebruikt in een Zone 2 loop


PROFIBUS in Ex

119

EEx ic (voorheen nL)


Ex ic is een vereenvoudigde vorm van intrinsieke veiligheid (gelimiteerde energie) Een vereenvoudigde Ex loop berekening

Beschermingsmethodieken DP en Ex Fisco/Fnico PA en Ex Praktijkcases uitwerken met specificatieblad en Forum

Segment Protector

Field Device

UO = 32 V

<

Ui

IO = 45 mA

<

Ii (if available)

LO = 0.25 mH

>

Li + Lcable

CO = 100 nF

>

Ci + Ccable

Afsluiting


PROFIBUS in Ex

120

PROFIBUS PA zone 2 Ex ic specificatie

RS 485


U=20 V I=400mA

Veilige Zone

DP PA

MBP

Beschermingsmethodieken DP en Ex Ex nL of i*


Ex nL of i*

Ex ?? Ex e

Ex nA [nL]

Ex nA [nL]

Uuit < Uin Iuit < Iin Cuit > Cinstr + Ckabel Luit > Linstr + Lkabel

Forum Afsluiting

Ex nL of i*

Ex nL of i*


PROFIBUS in Ex

121

FNICO Fieldbus Non-Incendive Concept Inleiding Wat is een veldbus? Explosieveiligheid Beschermingsmethodieken

Doordat Ex nL in de 79-15 reeds naar Ex ic in de 79-11 is verhuisd, is FNICO uit de IEC 60079-27 editie 2 verdwenen. We spreken dus alleen nog van FISCO. Huidige ontwikkeling in normcommissie:


EN 60079-27 wordt opgeheven (!); toekomstig geintegreerd in: EN 60079-11 (producten) EN 60079-25 (systemen)

Forum Afsluiting


PROFIBUS in Ex

122

PROFIBUS PA in veilige ruimte en zone 2 Mogelijkheden voor Profibus Inleiding

Hoog vermogen op PA segment, bus powered instrumentatie

Wat is een veldbus?

Maximale aantal instrumenten

Explosieveiligheid

Maximale kabellengte


Combinaties van topologie Combinaties van beschermingswijzen DP/PA omzetter in Zone 2


Mogelijkheden voor onderhoud Live maintenance, onder voorbehoud bij Ex e d m nA….

Forum

Gasmonitor, werkvergunningen

Afsluiting

Live maintenance voor Ex nL circuit


PROFIBUS in Ex

123

Zone 1 en PA - Michiel


LI

PI


LIC


FI

Forum Afsluiting

Safe Zone

Zone 2


Zone 1

Zone 0


124

PROFIBUS PA in zone 1 en zone 0 Methoden van bescherming Overzicht RS 485


DP


Veilige Zone

DP PA

MBP-IS FISCO / Entity

PA

Eex e

DP en Ex Multibarriere Fisco/Fnico

Zone 2

PA en Ex MBP



Zone 1

Eex d

Forum Afsluiting


PROFIBUS in Ex

125

PROFIBUS PA in zone 1 en zone 0 Consequenties voor Profibus PA Inleiding Wat is een veldbus? Explosieveiligheid Beschermingsmethodieken DP en Ex Fisco/Fnico PA en Ex Praktijkcases uitwerken met specificatieblad en Forum Afsluiting

• ATEX eist Categorie 2 of 1 (G en of D) netwerk componenten • Beperking deelnemers voor I.S. • Niet “live” aan installatie werken Eex e / d • Gecertificeerde behuizingen • Gecertificeerde afsluitweerstanden • Certificering door Notified body • Kleur gebruik van PA kabel PROFIBUS & PROFINET Nederland

PROFIBUS in Ex

126

PROFIBUS PA in zone 1 en zone 0 Intrinsieke veiligheid – FISCO / Entity Toepassing in zone 1 en 0 RS 485


DP

Veilige Zone

PA



DP en Ex

Zone 2


Zone 1

Forum Afsluiting


PROFIBUS in Ex

127

PROFIBUS PA in zone 1 en zone 0 Het FISCO Model:

Inleiding

z


Parameter Loop resistance Loop inductance Capacitance Max length of each spur cable Max length of each trunk cable


Omvat kabelparameters, circuit spanning en stroom. Daarom zijn de toegestane kabel parameters in een FISCO circuit beperkt tot : Value 15 ohm to 150 ohm / km 0.4 mH to 1 mH / km 80 nF to 200 nF / km 60 m in IIC & IIB 1 km in IIC & 1.9 km in IIB

Table 1 - FISCO cable parameters

z

Het is eenvoudig om binnen deze grenzen te blijven omdat een typische veldbus trunk kabel parameters heeft als: 50 Ω/km, 0,8 mH/km en 120 nF/km. De lengte van de trunk is meestal bepaald door de operationele eisen. PROFIBUS & PROFINET Nederland

PROFIBUS in Ex

128

PROFIBUS PA in zone 1 en zone 0 Entity vs FISCO Inleiding

Entity

Wat is een veldbus? Explosieveiligheid Beschermingsmethodieken

Kabellengte beperkt bij alle gassen: 1.9 Km Max spur lengte: 120 m Volledige calculatie van veiligheidsparameters


FISCO


Kabellengte limiet: 1.0 Km in IIC 1.9 Km in IIB Max spur lengte: 60 m Geen verdere kabelparameter overwegingen nodig Eenvoudige uitwisseling van instrumenten


PROFIBUS in Ex

129

PROFIBUS PA in zone 1 en zone 0 Intrinsieke veiligheid - FISCO of Entity Inleiding

Flexibiliteit in instrumentatiekeuze:

Wat is een veldbus?

•

Ex ia en of ib gecertificeerd

Explosieveiligheid

•

Voor FISCO apart certificaat of aanvulling


Flexibiliteit in fysiek netwerk: •

In het instrument

Fisco/Fnico

•

Met T stukken

PA en Ex

•

Met Junction Boxes

DP en Ex

Meervoudige aansluiting


Met of zonder kortsluitbewaking

Forum

Met of zonder geïntegreerde afsluitweerstand

Afsluiting

IP 20 of IP67

•

Kabel voor PA kleur BLAUW PROFIBUS & PROFINET Nederland

PROFIBUS in Ex

130

PROFIBUS PA in zone 1 en zone 0 Eex e icm Eex d Toepassing in zone 1 RS 485


Veilige Zone

DP PA


Eex e

DP en Ex

Zone 2

Fisco/Fnico PA en Ex MBP


Zone 1

Eex d

Forum Afsluiting


PROFIBUS in Ex

131

PROFIBUS PA in zone 1 en zone 0 Eex e icm Eex d Inleiding Wat is een veldbus?

Flexibiliteit in instrumentatiekeuze:

Explosieveiligheid

• Alleen Eex d gecertificeerde apparatuur


Flexibiliteit in fysiek netwerk:

DP en Ex

• In het instrument


• Met Junction Boxes Eex e of Eex d Meervoudige aansluiting Met of zonder kortsluitbewaking Met of zonder geïntegreerde afsluitweerstand

• Standaard PA kabel PROFIBUS & PROFINET Nederland

PROFIBUS in Ex

132

PROFIBUS PA in zone 1 en zone 0 Eex e icm Intrinsieke veiligheid Æ Multibarriere Toepassing in zone 1 en 0 RS 485


Veilige Zone

DP PA


Eex e

DP en Ex Multibarriere Fisco/Fnico

Zone 2


MBP

“Live” aan de hoofdkabel (Eex e) werken NIET mogelijk


Zone 1

Forum Afsluiting

“Live” aan de instrumenten werken mogelijk (IS), zowel zone 1 als 0 Zone 0 PROFIBUS & PROFINET Nederland

PROFIBUS in Ex

133

PROFIBUS PA in zone 1 en zone 0 Eex e icm IS Æ Multibarriere Inleiding Wat is een veldbus?

Flexibiliteit in instrumentatiekeuze: •

Ex ia en of ib gecertificeerd

Explosieveiligheid

•

Voor FISCO apart certificaat of aanvulling


Flexibiliteit in fysiek netwerk:

DP en Ex

•

Fisco/Fnico

Meervoudige aansluiting


Met Junction Boxes Eex e Met of zonder kortsluitbewaking Met of zonder geïntegreerde afsluitweerstand

•

Eex e kabel is standaard PA kabel

•

Kabelkleur IS aansluitingen Multibarriere:


BLAUW

PROFIBUS in Ex

134

PROFIBUS PA in zone 1 en zone 0

Inleiding

Specificaties PA netwerk Spare voor uitbreiding

20 %

Voedingspanning

24 V

Voedingsstroom

400 mA

Kabelweerstand

50 Ohm/km

Fisco/Fnico

Min. spanning Multibarriere

16 V

PA en Ex

MB met kortsluitbeveiliging

40 mA

Verbruik instrument

20 mA

Verbruik communicatie

10 mA



Kan de volgende applicatie functioneren? PROFIBUS & PROFINET Nederland

PROFIBUS in Ex

135

PROFIBUS PA in zone 1 en zone 0 Eex e icm Intrinsieke veiligheid Æ Multibarriere Rekenvoorbeeld op basis van FISCO RS 485


DP PA

Veilige Zone

24 V 400 mA


400 m

Zone 2

Fisco/Fnico

40 mA


200 m

50 Ohm/km

400 m

Zone 1

SPARE

Forum Afsluiting

Zone 0

20 mA PROFIBUS & PROFINET Nederland

PROFIBUS in Ex

136

PROFIBUS PA in zone 1 en zone 0 Eex e icm Intrinsieke veiligheid Æ Multibarriere Uitwerking rekenvoorbeeld RS 485


Totale stroomopname: 3x40mA + 6x20mA = 240 mA + 10 mA communicatie = 250 mA DP PA


Veilige Zone

24 V 400 mA

Uin Multibarriere 2: 19 -/- (0,17x(0,2x50)) = 17,3V 400 m

Fisco/Fnico

Uin Multibarriere 3: 17,3 -/- (0,09x(0,4x50)) = 15,5V

Zone 2

40 mA


200 m

50 Ohm/km Uin Multibarriere 1: 24 -/- (0,25x(0,4x50)) = 19V

400 m

Zone 1

SPARE

Forum Afsluiting

Zone 0

20 mA PROFIBUS & PROFINET Nederland

PROFIBUS in Ex

137

PROFIBUS PA in zone 1 en zone 0


Uit voorgaande rekenvoorbeeld is te concluderen dat de laatste multibarriere niet kan functioneren. Door minder instrumenten aan te sluiten, de afstand te verkleinen is dit eventueel wel mogelijk. Een hogere uitgangsspanning van de DP/PA coupler kan ook uitkomst bieden.

PA en Ex Praktijkcases uitwerken met specificatieblad en Forum

Einde

Afsluiting


PROFIBUS in Ex

138

Conventioneel, PROFIBUS DP of PROFIBUS PA Schakelkast


Veld

Schakelkast

Schakelkast PLC mainrack

PLC mainrack

PLC I/O rack

PLC I/O rack

Rack versterkers

Rack versterkers

klemmen stroken

klemmen stroken

Multicore kabel


Veld

PLC mainrack Profibus DP/PA convertor

Profibus kabel

Profibus Multicore kabel kabel

Junction box

Veld

Remote Junction I/O box

Forum Afsluiting

T

P

L

T

Transmitters


T

P

L

Transmitters

T

T

P

L

T

Transmitters


139

Forum




140




141

Praktisch vervolg op: Studiedag Explosieveiligheid en PROFIBUS. Leusden Juni 2009

Recommend Documents