Robbanásbiztos kialakítás Foundation Fieldbus – H1 Veress Árpád ügyvezető igazgató STAHL Magyarország Kft spokesman Member of the Fieldbus Foundation EMEA Hungarian Committee
Robbanásbiztos kialakítás lehetséges megoldásai
Benchmark: FF H1 biztonságos környezetben 16 (32) Host w/o Ex
• • • • •
Max. 32 terepi készülék valóság max. 12…16 készülék Redundáns táp kialakítás elérhető Teljes hálózat max. 1900 m (trunk + spurs) Spur hossza max. 120 m A terepi eszközök csatlakoztatásához kötődoboz szükséges (javasolt: rövid zár / spur védelem)
Host
FF koncepció fejlődés az évek Entity alatt 4 FISCO
Host
6…7
High Power Trunk vagy DART
16 Host
FISCO model – fejlesztés a 90es években FISCO: követelmények: • EGY I.S. tápkialakítás: terepibusz tápegység Fieldbus Intrinsically • Passzív terepi eszközök • A terepi eszközökben tárolt energia limitált: Safe Li < 10 µH and Ci < 5 nF Concept •
FISCO terepibusz tápegység – javasolt kialakítás: Biztonsági értékek: Uo = 15 V, Io = 130 mA Névleges értékek kb. 13 V, 120 mA
•
Leválasztó (T - Terminator) az IEC 61158-2 szerint
•
100 Ohm + 1uF Pontosan 2 leválasztó per szegmens, a Busz két végén installálva A kapacitás és az ellenállás kiválasztásánál lehetséges fűtésértékét figyelembe kell venni! A hálózat korlátozása max. 1000 m, spurs-k alkalmazásával max. 60 m
I.S. / FISCO
FISCO Trunk
Host FISCO Spurs
FISCO készülékek
1. Hot work trunk-on (mérés/csatlakozás/lecsatlakozás) előnyök? Milyen gyakran szükséges? 2. Hot work a spurs-on (terepi készülékek csatlakozása/lecsatlakozása/ terepi eszközök cseréje/mérés, stb.)
előnyös! Számtalan alkalommal működtetés közben!
konkluzió: Trunk non-I.S., Spurs FISCO/I.S. OK
Leválasztó eszköz csatoló (ld. AG-181) non-FISCO
Rb kialakítás: Ex e (fokozott biztonság) vagy nA (nem szikrázó)
Rb kialakítás: nem (Ex e installáció technika!)
Rb kialakítás: Ex m (kiöntéses védelem)
FISCO
4 és 8 csatornás kialakítás terepibusz leválasztónként (költség optimalizálás!)
Megnevezés és definíció Gyártói elnevezések: • Terepi leválasztó (Fieldbarrier) • Terepibusz leválasztó (Fieldbus
Foundation elnevezése: • Leválasztó eszköz csatoló (Isolating Device Coupler)
Barrier)
Multi leválasztó (Multibarrier) • Ex i Terepi eszköz csatoló (Field •
Device Coupler)
Definícó: Csatoló egység gyújtószikramentes kialakítású / FISCO terepibusz eszközök galvanikus leválasztására a gyújtószikramentes kialakítású / FISCO spurs-k és a nem gyújtószikramentes kialakítású nagy teljesítményű trunk között.
FISCO design vs. High Power Trunk
FISCO design: • hálózat limitált max. 1000 m IIC környezetben • Hálózat mérete limitált az alacsony FISCO energiaszint miatt (12 V / 130 mA IIC-ben vagy 13 V / 265 mA IIB-ben), probléma: felszültségesés a kábelekben! • spurs limitált max 60 m • Nem Ex i eszközök egy külön szegmens szükséges • Redundáns tápkialakítás elérhető (egy gyártó!) • trunk gyújtószikramentes kialakítású – „hot swap“ spur-on High power trunk design: • Terepibusz leválasztók ill spur csatolók „hot swap“ kialakítására karbantartási kapcsoló szükséges • Hálózat mérete max 1900 m (erősítő alkalmazása esetén akár 5000 m is) • Elegendő energiaszint akár 32 terepibusz eszközhöz • spurs teljes hossza max 120 m • FISCO/I.S. és non-I.S. (Ex d/Ex m/Ex q) keverhető azonos szegmensen • Redundéns tápegység számos gyártótól elérhető
Készülék csatolók - FISCO & non-Ex i non-Ex
16...32 (IIB/IIC)
Host
Ex i / FISCO
Ex d, Ex m, Ex q, Ex e
I.S. terepi eszközök & non-I.S. terepi eszközök keverése lehetséges Ex d, Ex m és I.S. terepi eszközök azonos szegmensen való csatlakoztatása non-I.S. eszközök esetében csak szegmens védelem szükséges (= nem leválasztó készülék csatoló) Konkluzió: 100% terepibusz kapacitás kihasználható és flexibilis!
Összehasonlítás – FISCO – High Energy Trunk FISCO
High Energy Trunk
Terepibusz eszközök
FISCO
FISCO & non-FISCO/non-Ex
Elérhető energiaszint IIC/IIB
12 V; 120 mA / 13 V; 265 mA
28 V / 350…1000 mA
Alkalmazott védelmi mód
Ex i
Ex i, Ex e, Ex m
Max. terepibusz eszközök száma
6 (IIC), 12 (IIB)
16…32
Kivitel
Zone 1, Zone 2, Div. 1, Div. 2
Zone 1, Zone 2, Div. 2
Trunk rb védelme
I.S.
Non-I.S. (Ex e / non-melegedő)
Hot-swap terepi eszközök
igen
igen
Hot-swap eszköz csatolók
igen
igen, de speciális csatlakozó szükséges
Hálózat mérete
1000 m
1900 m
Spur hossza
60 m
120 m
Redundáns táp
igen
igen
FF AG-181 Edition 3.1 Systems Engineering Guide 7.6 …számos metódus elérhető a robbanásveszélyes térben az energiakorlátozás megvalósítására. Ezek lehetnek: High power trunk áram korlátozó készülék csatolóval (non-incendive) *) High power trunk leválasztó készülék csatolóval (intrinsically safe) *) FNICO (Fieldbus Non-Incendive COncept) nem gyújtóképes busz korlátozott enegeriával FISCO (Fieldbus Intrinsically Safe COncept) gyújtószikramentes busz korlátozott energiával IS Entity Concept gyújtószikramentes korlátozott energiával
*) 7.6.4 …High power trunks engedi a max szegmens hossz és készülék
kapacitás korlátozás nélküli alkalmazását az energia korlátozás miatt. Ezek a kialakítások általában költsgéhatékonyabbak, mint a FISCO, FNICO és Entity.
High Power Trunk alkalmazások Általános célú
Zóna 2
Zóna 1
Zóna 0,1
Zóna 0,1
Melyik csatolót válasszuk? Zóna 2 Zóna 2 leválasztó Zóna 1 leválasztó Zóna 1 készülék csatoló készülék csatoló készülék csatoló készülék csatoló Zóna 2
Zóna 1
Fieldbus FF H1, high power trunk (non-I.S.)
non-Ex Ex ic/nL/nA
non-Ex Ex ia/FISCO
Ex ic / Ex nL
Ex i / FISCO
non-Ex Ex ia/FISCO
Ex i / FISCO
non-Ex Ex d/e/q/m
Ex d / m
INFORMÁCIÓ: nL --- to ic
Fieldbus tápegység
non-Ex Ex ic/nL/nA
MSz EN 60079-15 (Zóna 2) nL 2010-ben törölve MSz EN 60079-11 (Ex i) ic 2007 óta MSz EN 60079-27 (FISCO fieldbus) ic-FISCO felülírta FNICO-t 2008/12 óta következmények: •Ex nL és Ex ic közel azonos a biztonság megközelítése szempontjából („gyújtószikramentesség kialakítása“). •2013 május után “nL” véldemi módú készülékek nem értékesíthetőek •DE: a már telepített eszközök és alkatrészek továbbrai s használatban •Ex ic és nL készülékek / védelmi mód keverhetőek Fig. A Associated energy limited apparatus [nL]
nL
Ex ic / Ex nL
Energy limited field device nL
Fig. B Associated energy limited apparatus [nL]
ic
Intrinsically safe field device ic
Fig. C Associated apparatus [ic]
ic
Energy limited field device nL
Fig. D Associated apparatus [ic]
ic
Intrinsically safe field device ic
•Fontos: amennyiben nL és ic közös körben (Fig. B-D) kerülnek alkalmazásra, a gyújtószikramentesség elvei alapján kell megvalósítani!
Terepi busz eszközök kiválasztása Zóna 2 Robbanásvédelmi mód: ic
Alapvető gyújtószikramentes értékelés: max. bemeneti feszültség & áram Ui/Ii az ic terepibusz készülékből nagyobb kell legyen mint a leválasztó kimeneti értékei Uo/Io.
Zóna 2 készülék csatoló Zóna 2 Fieldbus táegység FPS
Uo = x V
Nem leválasztó készülék csatoló esetében a leválasztó eszköt a terepibusz tápegység Uo és készülék csatoló Io értékei.
non-Ex Ex ic/nL/nA
Io = y mA
Ex ic
Ui > x V Ii > y mA
A gyszm értékelés a készülék csatoló esetében: Uo (FPS *)) < Ui (terepibusz eszköz) Io (készülék leválasztó) < Ii (terepibusz eszköz) *) megj: FPS a 60079-11 szerint „icfeszültség korlátos“. Legtöbb gyártó kínálatában szerepel.
Probléma? Hot-swap a készülék csatoló esetében! hot-swap
hot-swap
U
Fieldbus, not I.S.
Fieldbus tápegység Spur
Spur
Protection
Protection
Leválasztó készülék csatoló
hot-swap
Készülék csatoló not Ex i
FISCO Terepibusz eszközök
Megj: a csatolók MTBF ideje 100...200 év – csak ha szükséges…
hot-swap
Megoldás 1: karbantartási lekapcsolás
T
Zone 1 Ex i
Zone 1 Ex i
Zone 1 Ex i
Megoldás 2: az új DART technológia DART jelentés Dynamic Arc Recognition & Termination. P+F közös fejlesztés a német PTBvel, liszenszek elérhetőek. DART koncepciója: gyújtószikramentes áramkörök növelt energiszintje Eredeti megnevezés: dynamically acting intrinsically safe circuits Önálló munkacsoport dolgozik az IEC megfeleltetésen. A projekt elnevezése: „POWER-i“ ,
„POWER-i“ megfeleltetése az MSz EN 60079-11-nek – határidő: 2016 TS-IEC (Technical Specification IEC-től) 2013-től elérhető – kivitelezés már lehetséges. Megjegyzés: a „POWER-i“ nem teljesen azonos DART-tal!
A DART / POWER-i alapgondolata: a szikra azonnali felismerése, táp lekapcsolása, mielőtt a szikra energiaszintje gyújtóképessé válik Klasszikus gyújtószikramentes kivitel a statikus energiskorlátozáson alapszik, pl. Zener diódák alkalmazása DART dinamikus elven működik, amely magasabb energiaszintet enged meg gyújtószikramentes áramkörben.
Jelenleg egy gyártó kínál DART terepibusz eszközöket
DART funkcionális leírása DART nélkül
DART alkalmazásával
A tápenergia (US/IS) Lekapcsolásra kerül, mielőtt az kritikussá, gyújtóképessé válik. Pontos és gyors mérés szükséges.
Tények: DART & fieldbus DART
16
Host
Növeli a DART a szegmens hosszát és a terepi eszközök számát? nem, maximum eszközök száma továbbra is 16. a trunk hossza limitált max 1000 m, spurs 120 m Nagyobb energiaszintet enged meg a DART a terepibusz eszközök táplálására? nem, habár a „power-i“ koncepció magasabb értékeket enged meg, de terepibusz bizonyos korlátokat megfogalmaz: DART FPS: 22 V /360 mA HPT FPS: 28 V / 500 mA DART gyújtószikramentes kivitelű? nem, habár azonos elven (energiakorlátozás) működik, pár különbség azonban adott. Éppen ezért a DART és a „klasszikus“ gyszm áramkörök keverése nem megengedett pl. Terepibusz handheld-ek. A POWER-i munkacsoport jelenleg is tárgyalja az irányelv szerelésre és megfeleltetésre vonatkozó részeit. A DART engedi a készülék csatoló „hot swap“ csatlakoztatását? igen, a készülék csatoló meghibásodása esetén hot-swap megengedett. Fontos: ua gyártó termékét kell alkalmazni (jelenleg egy gyártó elérhető)
FISCO
High Power Trunk
DART
Elérhető energiaszint
o
+
o
Kevert installáció (FISCO + Ex d/m)
-
+
-
Zóna 2-es megfeleltetés
o
+
o
Hálózat bővítése
o
+
+
Gyújtószikramentes megfeleltetése
+
+
o/+
FPS redundancia
(csak rendszer tanúsítvánnyal)
o/+ (1 gyártó)
+
o/+ (1 gyártó)
Physical Layer Diagnosztika
-
+
+
Szerelési hely a terepen
+
o
+
Vezérlő termi hely
o
+
+
Élő munka spurs-n
+
+
+
Élő munka a trunk-n
+
o/+ (karbantartási
+
kapcsoló)
2. gyártó
o
+
-
Alkalmazott technológia
+
+
-
Robbanásbiztos kivitelű Terepibusz
nd
