1. Povezava procesnega elementa v eksplozijsko ogroženem okolju Janez Kokalj, univ.dipl.inž. ELSING Inženiring, d.o.o. Ljubljana

2. “EExi – lastna varnost”
Oblika protieksplozijske zaščite:
“EExi – lastna varnost”
Ex okolje Varno okolje
Varnostna bariera – pridružen element
Transmiter – lastnovaren element
Krmilnik
IOUT
Zalito RS
UOUT UZ UN PA
Markings
Current and voltage are limited - even when a fault occurs. If the voltage on the non-I.S. side of the barrier rises above the highest admissible value due to a fault in the instrumentation room, the zener diodes limit the voltage for the I.S. circuit to the zener voltage (plus tolerance) Uz, the zener diodes conducting an increasing current. Since the current-carrying capacity of the zener diodes is limited, a fuse is included before the diode. If a short-circuit occurs on the I.S. side, resistor Rs limits the short-circuit current to the maximum safety value Im = Uz / Rs.
Maximum power at output Pmax = 1/4 ( Uout x Iout ), values Uout and Iout are the already known maximum voltage and current that can pass through the barrier to the I.S. side in no-load or short-circuit condition. Usually, the designations Uz and Im will be used instead of the otherwise common designations Uo and Ik.
Series resistance RL tends to interfere with normal operation, usually being higher than the resistance Rs taken into account for current limitation. This is because the resistance of the fuse is not taken into consideration from a safety perspective. An additional connection to earth is required (because of the absence of galvanic isolation).
Many safety barriers of differing electrical construction are available. 28

3. Klasični način povezave
Prednosti
enostavnost
za določene oblike instrumentacije edina možna rešitev
varnost
Pomanjkljivosti
množica kablov, splonk, barier

4. Dislociran sistem Prednosti
malo kablov med Ex in varnim okoljem, malo sponk, barier
enostavnost uporabe
Pomanjkljivosti
razen o procesni veličini ne zvemo nič drugega od procesnega elementa
diagnostika le za RIO postaje Ex

5. Dislociran sistem (RIO) - primer

6. Lastnosti procesnih vodil
PLC/DCS
Prednosti
več informacij
močna diagnostika
Pomanjkljivosti
nova in nepoznana tehnologija
dražji procesni elementi
več različnih standardov
omejitve v Ex okolju glede prenosa moči

7. Pregled nekaterih procesnih vodil

8. HART Hibridna zgradba Hitrost samo 1,2 kbit/s Lastna varnost „Exi“
4-20 mA in komunikacija
FSK modulacija
Hitrost samo 1,2 kbit/s
Lastna varnost „Exi“
Multidrop (le teoretično)
4 mA samo za napajanje
FSK = frequency shift keying
Multidrop = več porabnikov na skupnem vodilu (Bus)

9. Standard medija IEC
Velja za Foundation Fieldbus H1 in Profibus PA:
hitrost: kbit/s
max dolžina kabla: 1900 m brez repeaterja
lahko obstoječi kabli za 4-20 mA
moč in podatki na isti parici
komunikacija: moduliranje bazičnega toka s +-9mA
primerno za Ex okolja, Exi interface zahtevan
napetost: tip. 24 V DC (specialni napajalniki)
procesni elementi: 9-32 V / 10 mA
max. štev. procesnih elementov (omejitev standarda): 31
max. štev. procesnih elementov (omejitev zaradi Exi): 4 do 6
terminator: 100 Ohm + 1 uF

10. Dostop do vodila (Profibus)
logični krog pošiljanja med master postajami
activne postaje, master PC
PLC
PLC
Profibus
pasivne postaje (slave), ki jih kliče master

11. Dostop do vodila (Foundation Fieldbus)
Urnik prenosa
Urnik a b c
LAS
Fizični medij
2. DL(a)
1. CD(x,a)
Element x
Element y
Element z a b c a d a P S P S P S
LAS = Link Active Scheduler / urnik dovoljenja pošiljanja
P = Publisher / ponudnik
S = Subscriber / naročnik
DL = Data Link Packet / Prenos podatkovnega paketa
CD = Compel Data / Proženje prenosa

12. Kateri način je najboljši?
realna arhitektura H2
DI / DO

13. FuRIOS: primerjalna študija med procesnim vodilom in RIO
Referenčni objekt:
Kemična sinteza v farmaciji, Aventis, Frankfurt, 2002:
369 merilnikov in aktuatorjev s 821 I/O točkami
realiziran z RIO
naknadna študija o posledicah uporabe procesnih vodil
Vključeni proizvajalci opreme: ABB, Emerson, Endress+Hauser, Camile Bauer, Honeywell, Pepperl+Fuchs, Samson, Siemens, Wika

14. PROFIBUS PA
Profibus-PA komunikacija, realizirana z Exi napajalniki ali z barierami v coni 1

15. FuRIOS: primerjalna študija med procesnim vodilom in RIO
Rezultati študije:
Prednosti procesnih vodil
odpadejo I/O moduli
enostavnejše projektiranje
enostavnejša izvedba programske opreme
zveznim merilnikom ni potrebno nastavljati merilnih območij (npr. 0-5bar /4-20mA)
več podatkov

16. FuRIOS: primerjalna študija med procesnim vodilom in RIO
Rezultati študije:
Prednosti RIO
cenejša obdelava on/off signalov (končna stikala, krmiljenje on/off ventilov)
tudi RIO omogočajo digitalno komunikacijo z analognimi procesnimi elementi - HART
večja razpoložljivost procesnih elementov z analognimi signali napram s procesnimi vodili
višji nivo zahtevane varnosti celotnega sistema (SIL – Safety Integrity Level po IEC 61508)

17. Integracija različnih komunikacij
Ethernet TCP/IP
Krmilnik
Profibus DP
Remote I/O
Segment
coupler
PROFIBUS-PA
HART naprave
mA naprave

18. Povezava procesnega elementa v eksplozijsko ogroženem okolju Janez Kokalj, univ.dipl.inž. ELSING Inženiring, d.o.o. Ljubljana