CC BY
13АВТОМАТИЗАЦИЯ
В.К. Жданкин, компания ПРОСОФТ
КОНЦЕПЦИЯ ВЗРЫВОЗАЩИТЫ DART FIELDBUS: ИСКРОБЕЗОПАСНОСТЬ БЕЗ ОГРАНИЧЕНИЙ МОЩНОСТИ
Новый подход к электропитанию повышает гибкость исполнения промышленной сети во взрывоопасных зонах
Компания Pepperl+Fuchs (Германия) представила новую технологию обеспечения взрывозащиты DART (динамическое обнаружение и прерывание электрической дуги - Dynamic Arc Recognition and Termination) [1, 2] для применения в популярной инфраструктуре FieldConnex Fieldbus [3].
Технология DART базируется на динамических свойствах процессов, благодаря чему допускает заметно более высокие уровни мощности, наряду с сохранением искробезопасных уровней энергии. Новое решение FieldConnex DART Fieldbus (полевая шина с оборудованием DART на основе концепции FieldConnex) обеспечивает достаточную мощность для такого количества устройств, которое обычно запитывается во взрывобезопасных зонах [4], но при этом подключение кабельных отводов разработано таким образом, чтобы соответствовать требованиям современных взрывозащищенных полевых приборов. Что делает технологию DART настолько уникальной, что она предоставляет разработчикам систем автоматизации технологических процессов полное преимущество от преимуществ технологии искробезопасной промышленной сети во взрывоопасных зонах, таких как обеспечение работоспособности системы и снижение общей стоимости владения.
Более ранние решения по обеспечению искробезопасности используют концепции Entity (традиционный способ оценки искробезопасности) и FISCO (Fieldbus Intrinsically Safe Concept -концепция искробезопасной системы полевой шины) [5, 6]. Они предоставляют пользователям возможность подсоединять разнообразные устройства к единственному источнику питания в сегменте полевой шины, но при этом число устройств в одном сегменте и длина кабеля ограничиваются относи-
тельно низким допустимым значением мощности, вынуждая пользователей разрабатывать сложные топологии шин со многими кабельными отводами, что приводит к увеличению стоимости решения. Более поздняя концепция магистрали повышенной мощности High-Power Trunk (HPTC) позволяет использовать во взрывоопасной окружающей среде более высокую мощность, подаваемую в сегмент промышленной сети, при условии сохранения искробезопасности. Полевая шина, использующая технологию DART - DART Fieldbus, символизирует следующий революционный шаг в развитии вида взрывозащиты «искробезопасная электрическая цепь». DART Fieldbus в высшей степени привлекательна, потому что в ней на
основе совершенно нового подхода устраняется проблема ограничения мощности в искробезопасной цепи. Эта шина допускает значительно более высокие значения передаваемой энергии, так как технология DART предполагает выключение токовых цепей в течение микросекунд, прежде чем температура искрового разряда станет достаточной для воспламенения, и последующее возвращение к нормальному режиму работы [1].
DART Fieldbus допускает максимальную длину магистрального кабеля 1000 м. Длина каждого кабельного отвода может быть 120 м при общей суммарной длине 1900 м. Согласно техническим характеристикам, в каждом сегменте полевая шина DART Fieldbus поддерживает до
Рис. 1. Топология полевой шины DART - магистральная линия с кабельными отводами: магистраль повышенной мощности High-Power Trunk - достаточная мощность для всех полевых приборов
Upepperl+fuchs
PROTECTING YOUR PROCESS
Решения
Взрывозащита
ЯШ W Ш ^
VisuNet - платформа для создания человеко-машинного интерфейса во взрывоопасных зонах
Взрывозащищённые персональные компьютеры VisuNet PC и операторские мониторы VisuNet RM предназначены для создания ЧМИ систем управления. Информация, отображаемая на экране монитора, передаётся через стандартную сеть Ethernet на основе протокола обмена данными TCP/IP, что делает это решение удобным для систем сбора и обработки данных.
Серия НЮ/№С2000
Барьеры искрозащиты с гальванической развязкой предназначены для установки на монтажные платы. Барьеры Н1С2000 имеют ширину 12,5 мм.
Искробезопасные нормализаторы сигналов с гальванической изоляцией серии К
Компактный монтаж на DIN-рейку или силовую рейку (Power Rail). Аналоговые и дискретные модули с питанием от сетей постоянного и переменного тока снабжены съёмными соединительными колодками. Модули KCD шириной 12,5 мм экономят до 40% объёма в шкафу.
Барьеры искрозащиты на стабилитронах серий |д2600, г и 8В
Разработаны с учётом использования в большинстве задач, связанных с обеспечением искробезопасности. Основные особенности: монтаж на 011\1-рейку и монтажную плату (серия ЭВ), низкая стоимость, наличие сменяемых предохранителей, одно-и двухканальное исполнение.
Системы удалённого ввода/вывода серий 1В/?В
Обеспечивают сбор информации от датчиков, преобразование в цифровые значения и передачу данных по промышленной сети РМ)Р1В118-0Р. Предназначены для установки в зонах класса 1 (серия РВ) и класса 22 (серия 1.В).
Реклама
ОФИЦИАЛЬНЫЙ ДИСТРИБЬЮТОР ПРОДУКЦИИ PEPPERL+FOCHS
® МОСКВА Тел.: (495) 234-0636 • Факс: (495) 234-0640 • E-mail: [email protected] • Web: www.prosoft.ru
С.-ПЕТЕРБУРГ Тел.: (812) 448-0444 • Факс: (812) 448-0339 • E-mail: info@s\ b.prosoft.ru • Web: www.prosoft.ru
ЕКАТЕРИНБУРГ Тел.: (343) 376-2820 • Факс: (343) 310-0106 • E-mail: [email protected] • Web: www.prosoftsystems.ru
АВТОМАТИЗАЦИЯ
Таблица 1. Основные технические параметры DART Fieldbus
Технические параметры Значения
Мощность магистральной линии 22 В x 360 мА (тип.)
Мощность кабельного отвода 10,5 В x 34 мА (мин.)
Импеданс (тип кабеля A) 100 Ом
Длина кабеля магистрали 1000 м (макс.)
Общая длина кабеля, макс. (в соответствии с IEC 61158-2) 1900 м
Длина кабельного отвода, макс. (в соответствии c IEC 61158-2) 120 м
Параметры для приборов по концепции Entity (U0, I0) 24 В, 250 мА
32 устройств, что позволяет избавиться от необходимости разработки сложных сетевых топологий со многими дополнительными сегментами и подсегментами, каждый из которых требует своего собственного источника питания, распределительных коробок, барьеров и т.д. В конечном счете большее число устройств в одном сегменте создает условия для снижения капитальных затрат благодаря упрощению общей инфраструктуры соответствует максимально разрешенному числу согласно техническим характеристикам полевой сети и соответствующему сокращению требуемого сетевого оборудования. И все это возможно даже для таких чувствительных с точки зрения взрывоопасных смесей, как смеси категории IIC!
DART Fieldbus призвана обеспечить коммутацию современных интеллектуальных полевых приборов и создание распределенных систем управления и может быть применена в различных местах технологической цепочки.
DART FIELDBUS: ЛЕГКО ПОНЯТЬ -ЛЕГКО ПРОЕКТИРОВАТЬ.
ТОПОЛОГИЯ
Топология магистральной шины с кабельными отводами является довольно распространенной и часто используемой. Она фактически стала стандартной в системах автоматизации технологических процессов с применением промышленных сетей, так как ее просто проектировать и ею просто управлять. Топология магистрали с отводами предполагает наличие источников питания и коммутационных устройств промышленной сети (рис. 1) . Кабельные отводы сертифицированы для подключения искробезопасных интеллектуальных приборов.
Интеллектуальные приборы подключаются к коммутационным устройствам промышленной сети - модулям защиты сегмента DART (DART Segment Protector). Модули защиты сегмента сертифицированы для установки во взрывоопасной зоне класса 1 с выходами, которые имеют уровень искробезопасной электрической цепи ic (повышенная надежность против взрыва) для электрооборудования группы IIC. Технология DART обеспечивает защиту производственного оборудования от очень взрывоопасных газов категории IIC (водородно-воздушная пред-
ставительная взрывоопасная смесь). Построение промышленной сети на ее основе означает, что:
• одинаковые компоненты могут быть установлены по всему предприятию, в разных местах технологической цепочки;
• унифицируется по всему предприятию необходимый набор соответствующего запасного оборудования;
• упрощается процесс обучения и подготовки персонала.
Модули защиты сегмента DART допускают достаточную мощность для подключения необходимого в большинстве приложений количества приборов, но главное - они обеспечивают защиту от короткого замыкания, что является особенно важным, когда требуется провести техническое обслуживание оборудования без отключения питания.
Как уже отмечалось, для DART Fieldbus допускается магистральный кабель длиной до 1000 м. До четырех модулей защиты сегментов DART могут быть подключены к магистрали и обеспечивать устройства безопасным уровнем мощности. Длина кабельных отводов до 120 м - двойная длина, допускаемая концепцией FISCO.
Основные технические параметры DART Fieldbus приведены в таблице 1. Реальная длина магистрали и количество приборов сильно зависит от конкретной топологии и выбранных приборов.
По ряду положений, установленных международным стандартом IEC61158-2 на промышленную управляющую сеть, правила применения DART Fieldbus в зоне класса 1 совпадают с концепцией FISCO или High-Power Trunk.
Для помощи пользователям в осуществлении текущего контроля и поддержки инфраструктуры полевой сети в целях обеспечения гарантированной работоспособности системы предлагаются модули расширенной диагностики FieldConnex Advanced Diagnostics [7].
ПРОЕКТИРОВАНИЕ
Промышленная сеть DART проектируется подобно любому другому сегменту промышленной сети. Взрывозащита достается почти бесплатно, очень незначительным объемом работ, при этом предоставляется широчайший выбор возможностей и гибкость их реализации на этапах проектирования и построения сегментов промышленной сети. При
Рис. 2. Искробезопасная магистральная линия и кабельные отводы; маркировка взрывозащиты Ех к 11С для зоны класса 1
Рис. 3. Внешний вид модуля защиты сегмента DART (DART Segment Protector)
проектировании необходимо учитывать следующие положения:
• использование топологии магистрали с отводами от магистрали кабелем типа А;
• реализация схемы с резервированным источником питания полевой шины DART на одной стороне магистрали;
• до 1000 м кабеля магистральной линии;
• подключение до четырех модулей защиты сегмента DART в любом месте магистрали.
На DART Fieldbus накладываются только отдельные ограничения, обусловленные условиями взрывозащиты, во всем остальном это обычная промышленная сеть. Ее издатели ставили одной из главных своих задач спроектировать компоненты и обеспечить взрывобезо-пасность так, чтобы проектирование и применение этой разновидности промышленной сети во взрывоопасной зоне было предельно простым.
Простота, с точки зрения создателей DART Fieldbus, должна распространяться прежде всего на работы по обеспечению искробезопасности и такую их составляющую, как подтверждение искробезопасности. Для DART Fieldbus это возможно через сертификат системы, относящийся практически ко всем сценариям ее применения. При таком решении
нет необходимости ни в каких-либо вычислениях, ни в дополнительном учете каких-то факторов и можно полностью сосредоточиться на организации промышленной сети и ее запуске.
Все обязательные мероприятия по созданию промышленной сети на основе DART Fieldbus сводятся только к трем шагам:
1) использовать кабель типа A для промышленной сети;
2) проследить, чтобы длина кабеля магистральной линии была до 1000 м;
3) установить концентратор мощности (DART Power Hub), фактически являющийся источником питания, и модули защиты сегмента DART. Резервированный концентратор мощности DART Power Hub устанавливается на одном конце магистрали, например в диспетчерской. До четырех модулей защиты сегмента DART (DART Segment Protector) устанавливаются в любом месте магистрали. Длинный кабель протягивается для магистрали, по мере необходимости от отводов прокладываются шлейфы сегментов (рис. 2). И это все.
МОДУЛЬ ЗАЩИТЫ СЕГМЕНТА
Модуль защиты сегмента DART (рис. 3) обеспечивает защиту кабельных отводов (выходов) от короткого замыкания. Кабельные отводы для подключения искробезопасных приборов имеют маркировку взрывозащиты Ex ib IIC. Основные характеристики модулей защиты сегмента DART:
• установка во взрывоопасной зоне класса 1;
• допустимое количество модулей защиты сегмента - до четырех на один сегмент;
Рис. 4. Внешний вид компонентов DART Fieldbus, смонтированных в шкафу
• параметры искробезопасности - максимальное выходное напряжение 23, 25 В, максимальный выходной ток - 47 мА. Модули защиты сегмента поставляются в практичных корпусах из нержавеющей стали или пластмассы, армированной стекловолокном, с кабельными вводами. Варианты исполнения и принадлежности легко подбираются для конкретного случая применения.
НАДЕЖНОСТЬ И ПРОЧНОСТЬ КОМПОНЕНТОВ
Все компоненты DART Fieldbus разработаны с учетом высочайших требований к надежности и прочности, распространяющихся на всю продукцию промышленного назначения компании Pepperl+Fuchs (рис. 4). Для них характерны:
• отличное качество электронных схем;
• низкая рассеиваемая мощность;
• простая и надежная коммутация через съемные соединители со стопорными винтами;
• использование T-образного соединителя оригинальной разработки компании Pepperl+Fuchs;
• большой ресурс изделий;
• наличие комплекса необходимых инструментальных средств, обеспечивающих высокий коэффициент готовности составленных из компонентов DART Fieldbus систем.
Литература:
1. Жданкин В.К. Динамическое обнаружение и прерывание электрического разряда - новая концепция обеспечения искробезопасности // Современные технологии автоматизации. - 2009. - № 4.
2. Жданкин В.К. Новая концепция обеспечения взрывозащиты DART на пути к стандартизации// Территория НЕФТЕГАЗ. - 2009. - № 10.
3. Жданкин В.К. Концепция FieldConnex® для промышленных сетей FOUNDATION Fieldbus H1 и PROFIBUS-PA: повышение производительности и снижение затрат // Современные технологии автоматизации. - 2009. - № 2, №3.
4. Кесслер М. Полевая шина с оборудованием DART - скажите «НЕТ» искрению// Информатизация и системы управления в промышленности. - 2011. - № 2 (32).
5. Кругляк К.В. Промышленные сети: цели и средства // Современные технологии автоматизации. - 2002. - № 4.
6. ГОСТ Р 52350.27-2005 (МЭК 60079-27:2005). Электрооборудование для взрывоопасных газовых сред. Часть 27. Концепция искробезопасной системы полевой шины (FISCO) и концепция невоспламеняющей системы полевой шины (FNICO).
7. Жданкин В.К. Модули расширенной диагностики FieldConnex® повышают коэффициент готовности производственного оборудования // Территория НЕФТЕГАЗ. - 2009. - № 8.
WWW.NEFTEGAS.INFO
\\ автоматизация \\ 21
