{"id":71009,"date":"2020-02-23T09:53:26","date_gmt":"2020-02-23T06:53:26","guid":{"rendered":"https:\/\/prohoster.info\/blog\/sistemy-avtomatizaczii-na-osnove-foundation-fieldbus"},"modified":"2020-03-03T16:14:42","modified_gmt":"2020-03-03T13:14:42","slug":"sistemy-avtomatizaczii-na-osnove-foundation-fieldbus","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/prohoster.info\/de\/blog\/administrirovanie\/sistemy-avtomatizaczii-na-osnove-foundation-fieldbus","title":{"rendered":"Automatisierungssysteme auf Basis von Foundation Fieldbus","gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"text"}]},"content":{"rendered":"<p>Foundation Fieldbus ist ein digitales Kommunikationssystem, das in der Automatisierung neben Technologien wie Profibus, Modbus oder HART eingesetzt wird. Die Technologie entstand einige Jahre sp\u00e4ter als ihre Wettbewerber: Die erste Version des Standards wurde 1996 ver\u00f6ffentlicht und umfasst mittlerweile zwei Protokolle f\u00fcr den Informationsaustausch zwischen den Netzwerkteilnehmern \u2013 H1 und HSE (High Speed Ethernet).<br \/>\n<noindex><a rel=\"nofollow\" name=\"habracut\"><\/a><\/noindex><br \/>\nDas H1-Protokoll wird f\u00fcr den Informationsaustausch auf der Ebene der Sensoren und Steuerungen verwendet, und sein Netzwerk basiert auf dem physikalischen Standard IEC 61158-2, der eine Daten\u00fcbertragungsrate von 31,25 kbit\/s zul\u00e4sst. Die Stromversorgung der Feldger\u00e4te kann dabei \u00fcber den Datenbus erfolgen. Das HSE-Netzwerk hingegen basiert auf Hochgeschwindigkeits-Ethernet-Netzen (100\/1000 Mbit\/s) und wird f\u00fcr den Aufbau von Automatisierungsnetzwerken auf der Ebene von Steuerungen und Unternehmensmanagementsystemen verwendet.<\/p>\n<p>Die Technologie findet Anwendung beim Aufbau von Automatisierungssystemen f\u00fcr verschiedene industrielle Objekte, hat jedoch die gr\u00f6\u00dfte Verbreitung in der \u00d6l- und Gasindustrie sowie in der chemischen Industrie gefunden.<\/p>\n<h4>Die M\u00f6glichkeiten der Technologie<\/h4>\n<p>\nFoundation Fieldbus wurde als Alternative zu herk\u00f6mmlichen Automatisierungssystemen mit analogen Sensoren entwickelt und bietet eine Reihe von Vorteilen gegen\u00fcber der traditionellen Modellierung sowie gegen\u00fcber digitalen Systemen wie Profibus oder HART.<\/p>\n<p>Einer der Hauptvorteile ist die hohe Zuverl\u00e4ssigkeit und Fehlertoleranz der Systeme. <noindex><a rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/www.phoenixcontact.com\/online\/portal\/ru?1dmy&amp;urile=wcm%3apath%3a\/ruru\/web\/main\/products\/subcategory_pages\/Foundation_Fieldbus_P-08-12-13\/017988c2-cbaa-44b8-84bb-6d64e442cead\">Foundation Fieldbus<\/a><\/noindex> H1, was durch zwei Faktoren erreicht wird:<\/p>\n<ul>\n<li>einen Einsatz von intelligenten Ger\u00e4ten (Sensoren und Aktuatoren) auf Feldebene;<\/li>\n<li>die M\u00f6glichkeit, den Informationsaustausch direkt zwischen den Feldebenen-Ger\u00e4ten ohne Einbeziehung eines Controllers zu organisieren.<\/li>\n<\/ul>\n<p>\nDie Intelligenz der Feldger\u00e4te besteht darin, Steuerungs- und Informationsverarbeitungsalgorithmen in das Ger\u00e4t zu integrieren, die traditionell im Controller implementiert werden. In der Praxis erm\u00f6glicht dies dem System, weiterhin zu arbeiten, selbst wenn der Controller ausf\u00e4llt. Hierf\u00fcr ist es erforderlich, dass die Feldger\u00e4te entsprechend konfiguriert sind und ein zuverl\u00e4ssiges Stromversorgungssystem f\u00fcr den Feldbus gew\u00e4hrleistet ist. <\/p>\n<p>Die zus\u00e4tzlichen Vorteile, die sich aus der Digitalisierung des Managementsystems und der Nutzung intelligenter Sensoren ergeben, bestehen darin, dass eine gr\u00f6\u00dfere Menge an Daten gesammelt werden kann, zus\u00e4tzlich zu den Messungen von jedem Feldger\u00e4t. Dies erweitert letztendlich den \u00dcberwachungsbereich des Prozesses, der in traditionellen analogen Systemen durch die Ein- und Ausgangssignalverarbeitung begrenzt ist.<\/p>\n<p>Die Verwendung einer Bus-Topologie im H1-Netzwerk reduziert die L\u00e4nge der Kabelverbindungen, den Montageaufwand und erm\u00f6glicht den Verzicht auf zus\u00e4tzliche Ger\u00e4te in Steuerungssystemen: Eingangs- und Ausgangsmodule, Netzteile und in explosionsgef\u00e4hrdeten Bereichen \u2013 auf Funken-schutzbarrieren.<\/p>\n<p><noindex><a rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/www.phoenixcontact.com\/online\/portal\/ru?1dmy&amp;urile=wcm%3apath%3a\/ruru\/web\/main\/products\/subcategory_pages\/Foundation_Fieldbus_P-08-12-13\/017988c2-cbaa-44b8-84bb-6d64e442cead\">Foundation Fieldbus<\/a><\/noindex> H1 erlaubt den Einsatz von 4-20 mA Kommunikationsleitungen f\u00fcr Sensoren, was bei der Modernisierung \u00e4lterer Steuerungssysteme genutzt werden kann. Aufgrund der Anwendung von Prinzipien der Z\u00fcndschutztechnik wird die Technologie aktiv in explosionsgef\u00e4hrdeten Umgebungen eingesetzt. Die Normierung gew\u00e4hrleistet die Austauschbarkeit und Kompatibilit\u00e4t von Ger\u00e4ten verschiedener Hersteller, und dank der Gateways k\u00f6nnen Feldger\u00e4tenetzwerke mit den Netzwerken von industriellen Automatisierungssystemen, die auf Ethernet basieren, verbunden werden.<\/p>\n<p>Die gr\u00f6\u00dfte \u00c4hnlichkeit von Foundation Fieldbus H1 besteht mit den Profibus PA-Systemen. Beide Technologien basieren auf dem gleichen physikalischen Standard, was bedeutet, dass die Daten\u00fcbertragungsgeschwindigkeiten, die Manchester-Codierung, die elektrischen Parameter der Kommunikationsleitungen, die \u00fcbertragbare Leistung sowie die maximal zul\u00e4ssige Kabell\u00e4nge im Netzsegment (1900 m) identisch sind. In beiden Systemen kann zudem bis zu 4 Repeater eingesetzt werden, wodurch die Segmentl\u00e4nge bereits 9,5 km erreichen kann. Gemeinsam sind auch die m\u00f6glichen Netzwerktopologien im Steuerungssystem sowie die Prinzipien der Z\u00fcndschutztechnik.<\/p>\n<h4>Systemkomponenten<\/h4>\n<p>\nDie Hauptbestandteile des Foundation Fieldbus H1 Netzwerks sind:<\/p>\n<ul>\n<li>ein dezentraler Steuerungssystem-Controller (DCS);<\/li>\n<li>Stromquellen f\u00fcr das Feldbus;<\/li>\n<li>Block- oder modulare Kopplungsger\u00e4te;<\/li>\n<li>Bus-Terminatoren;<\/li>\n<li>intelligente Feldger\u00e4te. <\/li>\n<\/ul>\n<p>\nIn dem System k\u00f6nnen auch Gateway-Ger\u00e4te (Linking Device), Protokollkonverter, \u00dcberspannungsschutzger\u00e4te und Repeater vorhanden sein.<\/p>\n<h4>Netzwerktopologie<\/h4>\n<p>\nEin wichtiges Konzept im H1-Netzwerk ist das Segment. Es stellt eine Hauptkommunikationsleitung (Trunk) dar, von der Abzweigungen (Spur) abgehen, an die die Feldger\u00e4te angeschlossen sind. Das Hauptkabel beginnt an der Stromquelle des Busses und endet in der Regel am letzten Kopplungsger\u00e4t. F\u00fcr die Kommunikation zwischen dem Controller und den Feldger\u00e4ten sind vier Topologien zul\u00e4ssig: Punkt-zu-Punkt, Ring, Bus und Baum. Jedes Segment kann sowohl mit einer separaten Topologie als auch mit Kombinationen davon aufgebaut werden.<\/p>\n<p><img decoding=\"async\" alt=\"Automatisierungssysteme auf Basis von Foundation Fieldbus\" src=\"\/wp-content\/uploads\/2020\/02\/2d9a475526670d9bb7ac5258b3a2fa0f.jpg\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\" \/><br \/>\n<br \/>\nIn einer Punkt-zu-Punkt-Topologie wird jedes Feldger\u00e4t direkt mit dem Controller verbunden. Jedes angeschlossene Feldger\u00e4t bildet dabei ein eigenes Netzwerksegment. Diese Topologie erweist sich als unpraktisch, da sie der gesamten Systemarchitektur nahezu alle Vorteile des Foundation Fieldbus entzieht. Der Controller ben\u00f6tigt zu viele Schnittstellen, und um die Feldger\u00e4te \u00fcber den Datenbus mit Strom zu versorgen, muss an jeder Kommunikationslinie eine eigene Energiequelle f\u00fcr den Feldbus vorhanden sein. Die L\u00e4ngen der Kommunikationsleitungen sind zu gro\u00df, und der Informationsaustausch zwischen den Ger\u00e4ten erfolgt ausschlie\u00dflich \u00fcber den Controller, was die Anwendung des Konzepts der hohen Ausfallsicherheit in H1-Systemen einschr\u00e4nkt.<\/p>\n<p>Die Bus-TOPLOGIE erfordert eine serielle Verbindung der Feldger\u00e4te untereinander. Hier sind alle Feldger\u00e4te in einem Segment vereint, was den Einsatz von geringeren Ressourcen erm\u00f6glicht. Allerdings hat diese Topologie auch Nachteile \u2013 vor allem m\u00fcssen Methoden ber\u00fccksichtigt werden, durch die der Ausfall eines der Zwischensensoren nicht zu einem Abbruch der Verbindung mit den anderen f\u00fchrt. Ein weiterer Nachteil ergibt sich aus dem Fehlen eines Kurzschlussschutzes in der Kommunikationsleitung, wodurch der Informationsaustausch im Segment unm\u00f6glich wird.<\/p>\n<p>Die gr\u00f6\u00dfte Zuverl\u00e4ssigkeit und Praktikabilit\u00e4t bieten zwei andere Netzwerktopologien \u2013 die Bus- und die Baumtopologie, die in der Praxis bei der Erstellung von H1-Netzen am weitesten verbreitet sind. Der Kern dieser Topologien besteht darin, Verbindungseinrichtungen zu verwenden, um Feldger\u00e4te an die Hauptkommunikationsleitung anzuschlie\u00dfen. Verbindungseinrichtungen erm\u00f6glichen es, jedes Feldger\u00e4t an seine eigene Schnittstelle anzuschlie\u00dfen.<\/p>\n<h4>Netzwerkparameter<\/h4>\n<p>\nWichtige Aspekte beim Aufbau eines H1-Netzwerks sind die physikalischen Parameter: Wie viele Feldger\u00e4te k\u00f6nnen in einem Segment eingesetzt werden, welche maximale L\u00e4nge kann ein Segment haben und wie lang d\u00fcrfen Abzweigungen sein? Die Antworten auf diese Fragen h\u00e4ngen von der Art der Stromversorgung und dem Energieverbrauch der Feldger\u00e4te ab, sowie von den Sicherheitsma\u00dfnahmen f\u00fcr explosionsgef\u00e4hrdete Bereiche.<\/p>\n<p>Die maximale Anzahl von Feldger\u00e4ten in einem Segment (32) kann nur erreicht werden, wenn sie lokal versorgt werden und keine Ma\u00dfnahmen zur Gew\u00e4hrleistung der Explosionssicherheit vorhanden sind. Bei der Stromversorgung der Sensoren und Aktoren \u00fcber den Datenbus kann die maximale Anzahl der Ger\u00e4te nur 12 oder weniger betragen, abh\u00e4ngig von den Ma\u00dfnahmen zur Gew\u00e4hrleistung der Explosionssicherheit. <\/p>\n<p><img decoding=\"async\" alt=\"Automatisierungssysteme auf Basis von Foundation Fieldbus\" src=\"\/wp-content\/uploads\/2020\/02\/b755e771dfe41dfd28821f9315048420.jpg\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\" \/><br \/>\n<i>Der Zusammenhang zwischen der Anzahl der Feldger\u00e4te und der Art der Stromversorgung sowie den Sicherheitsma\u00dfnahmen.<\/i><\/p>\n<p>Die L\u00e4nge eines Netzsegments h\u00e4ngt von der Art des verwendeten Kabels ab. Die maximale L\u00e4nge von 1900 m wird mit Kabeltyp A (geschirmtes Twisted-Pair-Kabel) erreicht. Bei der Verwendung von Kabeltyp D (nicht geschirmtes, mehradriges Kabel) betr\u00e4gt sie nur 200 m. Mit der L\u00e4nge des Segments ist die Summe der L\u00e4ngen des Hauptkabels und aller Abzweigungen gemeint.<\/p>\n<p><img decoding=\"async\" alt=\"Automatisierungssysteme auf Basis von Foundation Fieldbus\" src=\"\/wp-content\/uploads\/2020\/02\/12094122f916b3f6db4ffce1d9687be1.jpg\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\" \/><br \/>\n<i>Die Abh\u00e4ngigkeit der Segmentl\u00e4nge von der Kabelart.<\/i><\/p>\n<p>Die L\u00e4nge der Abzweigungen h\u00e4ngt von der Anzahl der Ger\u00e4te im Netzwerksegment ab. So betr\u00e4gt die maximale L\u00e4nge 120 m bei bis zu 12 Ger\u00e4ten. Bei 32 Ger\u00e4ten liegt die maximale L\u00e4nge der Abzweigungen nur bei 1 m. Bei der Verbindung von Feldger\u00e4ten reduziert jedes zus\u00e4tzliche Ger\u00e4t die L\u00e4nge der Abzweigung um 30 m.<\/p>\n<p><img decoding=\"async\" alt=\"Automatisierungssysteme auf Basis von Foundation Fieldbus\" src=\"\/wp-content\/uploads\/2020\/02\/57c32136be7570e463d19796d5b6a66e.jpg\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\" \/><br \/>\n<i>Die Abh\u00e4ngigkeit der L\u00e4nge der Abzweigungen vom Hauptkabel und der Anzahl der Feldger\u00e4te im Segment.<\/i><\/p>\n<p>All diese Faktoren wirken sich direkt auf die Struktur und Topologie des Systems aus. Um den Prozess der Netzwerkplanung zu beschleunigen, werden spezielle Softwarel\u00f6sungen eingesetzt, wie DesignMate von der FieldComm Group oder der Fieldbus Network Planner von Phoenix Contact. Diese Programme erm\u00f6glichen die Berechnung der physikalischen und elektrischen Parameter des H1-Netzes unter Ber\u00fccksichtigung aller m\u00f6glichen Einschr\u00e4nkungen.<\/p>\n<h4>Aufgaben der Systemkomponenten<\/h4>\n<p><b>Controller<\/b><\/p>\n<p>Die Aufgabe des Controllers besteht darin, die Funktionen des Aktiven Verbindungsplaners (LAS) \u2013 das zentrale Ger\u00e4t, das das Netzwerk durch die Versendung von Steuerinformationen verwaltet \u2013 umzusetzen. LAS initiiert den Informationsaustausch zwischen den Netzwerkteilnehmern entweder zu festgelegten (nach Zeitplan) oder unvorhergesehenen Zeiten, f\u00fchrt Diagnosen durch und synchronisiert alle Ger\u00e4te. <\/p>\n<p>Dar\u00fcber hinaus ist der Controller f\u00fcr die automatische Adressierung von Feldger\u00e4ten verantwortlich und fungiert als Gateway, das eine Ethernet-Schnittstelle f\u00fcr die Kommunikation mit der oberen Hierarchie des Managementsystems auf der Grundlage von Foundation Fieldbus HSE oder einem anderen Kommunikationsprotokoll bereitstellt. F\u00fcr die oberste Ebene des Systems bietet der Controller Funktionen zur \u00dcberwachung und Steuerung seitens des Operators sowie Funktionen zur Fernkonfiguration von Feldger\u00e4ten.<\/p>\n<p>In dem Netzwerk k\u00f6nnen mehrere aktive Verbindungsplaner vorhanden sein, die eine Redundanz f\u00fcr die darin integrierten Funktionen gew\u00e4hrleisten. In modernen Systemen k\u00f6nnen die Funktionen des LAS in einem Gateway implementiert werden, das als Protokollkonverter f\u00fcr Managementsysteme fungiert, die auf einem anderen Standard als Foundation Fieldbus HSE basieren. <\/p>\n<p><b>Stromversorgungen der Feldbusse<\/b><\/p>\n<p>Das Netzwerkversorgungssystem H1 spielt eine zentrale Rolle, da f\u00fcr den Informationsaustausch im Daten\u00fcbertragungskabel eine Spannung zwischen 9 und 32 V Gleichstrom aufrechterhalten werden muss. Unabh\u00e4ngig davon, ob die Feldger\u00e4te von der Datenbusleitung oder von lokalen Stromquellen gespeist werden, sind Spannungsquellen f\u00fcr den Bus erforderlich. <\/p>\n<p>Daher ist ihre Hauptaufgabe, die erforderlichen elektrischen Parameter am Bus aufrechtzuerhalten und die an das Netzwerk angeschlossenen Ger\u00e4te mit Strom zu versorgen. Im Gegensatz zu herk\u00f6mmlichen Netzteilen zeichnen sich die Stromversorgungen des Busses durch einen entsprechenden Ausgangsimpedanz in den Daten\u00fcbertragungsfrequenzen aus. Wenn die H1-Netzwerkanlage direkt mit Netzteilen von 12 oder 24 V versorgt wird, geht das Signal verloren, was einen Informationsaustausch am Bus unm\u00f6glich macht.<\/p>\n<p><img decoding=\"async\" alt=\"Automatisierungssysteme auf Basis von Foundation Fieldbus\" src=\"\/wp-content\/uploads\/2020\/02\/255c85ad3ef33d9eb6e04bad68a975e3.jpg\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\" \/><br \/>\n<i>Reservierte Stromversorgungen f\u00fcr den Feldbus FB-PS (Baugruppe f\u00fcr 4 Segmente).<\/i><\/p>\n<p>Angesichts der Bedeutung einer zuverl\u00e4ssigen Stromversorgung des Busses k\u00f6nnen die Stromquellen jedes Netzwerksegments reserviert werden. Die FB-PS-Stromversorgungen von Phoenix Contact unterst\u00fctzen die Technologie der automatischen Laststromverteilung (Auto Current Balancing). Diese sorgt f\u00fcr eine gleichm\u00e4\u00dfige Lastverteilung zwischen den Stromquellen, was sich positiv auf ihre Temperaturentwicklung auswirkt und schlie\u00dflich zu einer verl\u00e4ngerten Lebensdauer f\u00fchrt. <\/p>\n<p>Das H1-Netzteil befindet sich in der Regel im Steuerungsschrank.<\/p>\n<p><b>Schnittstellen-Ger\u00e4te<\/b><\/p>\n<p>Schnittstellen-Ger\u00e4te sind daf\u00fcr vorgesehen, eine Gruppe von Feldger\u00e4ten mit dem Datenbus zu verbinden. Sie werden je nach Funktion in zwei Typen unterteilt: Segment-Schutzmodule (Segment Protectors) und Feldbarrieren (Field Barriers). <\/p>\n<p>Unabh\u00e4ngig vom Typ sch\u00fctzen Verbindungsger\u00e4te das Netzwerk vor Kurzschl\u00fcssen und \u00dcberlastungen in den Ausgangsleitungen. Bei Auftreten eines Kurzschlusses blockiert das Verbindungsger\u00e4t den Schnittstellenport, wodurch verhindert wird, dass sich der Kurzschluss im System ausbreitet und somit der Informationsaustausch zwischen den restlichen Ger\u00e4ten im Netzwerk gew\u00e4hrleistet wird. Nach Beseitigung des kurzgeschlossenen Leitungsports beginnt der zuvor blockierte Kommunikationsport wieder zu funktionieren.<\/p>\n<p>Feldbarrieren bieten zus\u00e4tzlich galvanische Trennung zwischen nicht explosionsgesch\u00fctzten Schaltkreisen der Hauptbussysteme und explosionsgesch\u00fctzten Schaltkreisen der angeschlossenen Feldger\u00e4te (Abzweigungen).<\/p>\n<p>Physisch gibt es Verbindungsger\u00e4te ebenfalls in zwei Ausf\u00fchrungen \u2013 als Block- und Modulare Bauweise. Blockverbindungsger\u00e4te vom Typ FB-12SP mit Segmentenschutzfunktion erm\u00f6glichen die Verwendung von explosionsgesch\u00fctzten Schaltkreisen IC zur Anbindung von Feldger\u00e4ten in Zone 2, w\u00e4hrend die Feldbarrieren FB-12SP ISO den Anschluss von Ger\u00e4ten in Zone 1 und 0 mittels explosionsgesch\u00fctzter Schaltungen IA erm\u00f6glichen. <\/p>\n<p><img decoding=\"async\" alt=\"Automatisierungssysteme auf Basis von Foundation Fieldbus\" src=\"\/wp-content\/uploads\/2020\/02\/03b568d3ea8754fe8edb9bc6bc2f3308.jpg\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\" \/><br \/>\n<i>Verbindungsger\u00e4te FB-12SP und FB-6SP von Phoenix Contact.<\/i><\/p>\n<p>Ein Vorteil modularer Ger\u00e4te ist die M\u00f6glichkeit, das System anhand der ben\u00f6tigten Anzahl von Kan\u00e4len f\u00fcr den Anschluss von Feldeinheiten zu skalieren. Dar\u00fcber hinaus erm\u00f6glichen modulare Ger\u00e4te die Schaffung flexibler Strukturen. In einem Verteilungsschrank k\u00f6nnen Schutzmodule und Feldbarrieren kombiniert werden, sodass beispielsweise von einem Schrank aus Feldeinheiten in verschiedenen Explosionsbereichen angeschlossen werden k\u00f6nnen. Auf eine Busleitung k\u00f6nnen bis zu 12 zwei-kanalige FB-2SP-Module oder ein-kanalige Barrieremodule FB-ISO installiert werden, sodass von einem Schrank aus bis zu 24 Feldeinheiten in Zone 2 oder bis zu 12 Sensoren in Zone 1 oder 0 angeschlossen werden k\u00f6nnen. <\/p>\n<p>Schnittstellenger\u00e4te k\u00f6nnen in einem breiten Temperaturbereich betrieben werden und sind in explosionsgesch\u00fctzten Geh\u00e4usen Ex e, Ex d mit einem Schutzgrad von mindestens IP54 installiert, auch in unmittelbarer N\u00e4he des Steuerobjekts.<\/p>\n<p><b>Ger\u00e4te zum Schutz vor \u00dcberspannungen<\/b><\/p>\n<p>Die Netzwerke der Feldstufe H1 k\u00f6nnen sehr lange Segmente bilden, und die Verbindungslinien k\u00f6nnen sich an Stellen befinden, wo es zu impulsartigen Spannungstransienten kommen kann. Unter impulsartigen Spannungstransienten versteht man die induzierte Potentialdifferenz, die durch Blitzeinschl\u00e4ge oder Kurzschl\u00fcsse in nahegelegenen Kabelleitungen verursacht wird. Die induzierte Spannung, die im Bereich von einigen Kilovolt liegt, f\u00fchrt zu Entladungstr\u00f6men in der Gr\u00f6\u00dfenordnung von Kiloampere. All diese Ph\u00e4nomene treten innerhalb von Mikrosekunden auf, k\u00f6nnen jedoch dazu f\u00fchren, dass Komponenten des H1-Netzwerks ausfallen. Zum Schutz der Ger\u00e4te vor solchen Ph\u00e4nomenen ist die Verwendung von \u00dcberspannungsschutzger\u00e4ten (\u00dcS) erforderlich. Der Einsatz von \u00dcS anstelle herk\u00f6mmlicher Durchgangsklemmen gew\u00e4hrleistet eine zuverl\u00e4ssige und sichere Arbeitsweise des Systems unter widrigen Bedingungen. <\/p>\n<p>Das Prinzip seiner Funktionsweise beruht auf der Nutzung einer quasi-kurzgeschlossenen Verbindung im Nanosekundenbereich, um Entladungstr\u00f6me in einem Schaltkreis zu leiten, in dem Elemente verwendet werden, die in der Lage sind, solche Stromst\u00e4rken zu withstanden. <\/p>\n<p>Es gibt viele verschiedene Arten von \u00dcberspannungsschutzger\u00e4ten: von ein- und zweikanaligen \u00fcber Modelle mit wechselbaren Steckern bis hin zu verschiedenen Diagnosetypen \u2013 wie zum Beispiel Blinkern oder trockenen Kontakten. Die modernen Diagnosemittel von Phoenix Contact erm\u00f6glichen die \u00dcberwachung von \u00dcberspannungsschutzger\u00e4ten mithilfe digitaler Dienste auf Ethernet-Basis. Im Werk des Unternehmens in Russland werden Ger\u00e4te hergestellt, die f\u00fcr den Einsatz in explosionsgef\u00e4hrdeten Umgebungen zertifiziert sind, einschlie\u00dflich in Systemen des Foundation Fieldbus. <\/p>\n<p><b>Bus-Terminierung<\/b><\/p>\n<p>Der Terminator erf\u00fcllt im Netzwerk zwei Funktionen: Er schaltet den Strom der Feldbusleitung, der aufgrund der Modulation des Signals entsteht, kurz und verhindert die Reflexion des Signals an den Enden der Busleitung. Dadurch werden St\u00f6rungen und Jitter (Phasenflattern des digitalen Signals) vermieden. So hilft der Terminator, ungenaue Daten im Netzwerk oder sogar vollst\u00e4ndigen Datenverlust zu verhindern.<\/p>\n<p>In jedem H1-Netzsegment m\u00fcssen an beiden Enden zwei Terminatoren vorhanden sein. Die Stromversorgungen der Busse und die Verbindungseinheiten von Phoenix Contact sind mit abnehmbaren Terminatoren ausgestattet. Das Vorhandensein \u00fcberfl\u00fcssiger Terminatoren im Netzwerk, beispielsweise aufgrund eines Fehlers, kann das Signalniveau in der Schnittstelle erheblich verringern.<\/p>\n<h4>Datenkommunikation zwischen Segmenten<\/h4>\n<p>\nDer Datenaustausch zwischen Feldger\u00e4ten ist nicht auf ein einzelnes Segment beschr\u00e4nkt, sondern kann zwischen verschiedenen Teilen des Netzwerks stattfinden, die \u00fcber einen Controller oder das Unternehmensnetzwerk auf Ethernet-Basis verbunden sind. Hierbei kann das Protokoll Foundation Fieldbus HSE oder ein g\u00e4ngigeres Protokoll wie Modbus TCP verwendet werden. <\/p>\n<p>Beim Aufbau eines HSE-Netzwerks werden Industrie-Switches eingesetzt. Das Protokoll erm\u00f6glicht ringf\u00f6rmige Redundanz. Dabei ist zu beachten, dass in einer Ringtopologie die Switches eines der Redundanzprotokolle (RSTP, MRP oder Extended Ring Redundancy) verwenden m\u00fcssen, abh\u00e4ngig von der Gr\u00f6\u00dfe und der erforderlichen Zeit f\u00fcr die Netzwerkkonvergenz bei St\u00f6rungen der Kommunikationskan\u00e4le. <\/p>\n<p>Die Integration von HSE-basierten Systemen mit externen Systemen ist mithilfe der OPC-Technologie m\u00f6glich.<\/p>\n<h4>Methoden zur Gew\u00e4hrleistung der Explosionssicherheit<\/h4>\n<p>\nUm ein explosionsgesch\u00fctztes System zu schaffen, reichen die Merkmale der Explosionssicherheit der Ger\u00e4te und die Auswahl des richtigen Standorts nicht aus. Jedes Ger\u00e4t in einem solchen System arbeitet nicht isoliert, sondern innerhalb eines gemeinsamen Netzwerks. In Netzwerken wie Foundation Fieldbus H1 ist der Informationsaustausch zwischen Ger\u00e4ten, die sich in verschiedenen explosionsgef\u00e4hrdeten Bereichen befinden, nicht nur auf die Daten\u00fcbertragung beschr\u00e4nkt, sondern umfasst auch die \u00dcbertragung elektrischer Energie. Die Energiemenge, die in einem Bereich zul\u00e4ssig ist, kann in einem anderen unzul\u00e4ssig sein. Daher wird zur Bewertung der Explosionssicherheit von Feldnetzen und zur Auswahl der optimalen Sicherheitsmethoden ein systemischer Ansatz verwendet. Unter diesen Methoden haben sich insbesondere die Methoden zur Gew\u00e4hrleistung der Funkenfreiheit weit verbreitet.<\/p>\n<p>Bei Feldbussen gibt es derzeit mehrere M\u00f6glichkeiten zur Gew\u00e4hrleistung der Explosionssicherheit: die traditionelle Methode der Funkenabschirmung, das FISCO-Konzept und die High Power Trunk (HPT)-Technologie. <\/p>\n<p>Die erste Methode basiert auf der Verwendung von Barrieren zur Funkenabschirmung und setzt ein bew\u00e4hrtes Konzept um, das in Steuerungssystemen mit analogen Signalen von 4-20 mA verwendet wird. Dieser Ansatz ist einfach und zuverl\u00e4ssig, schr\u00e4nkt jedoch die Stromversorgung von Feldger\u00e4ten in explosionsgef\u00e4hrdeten Zonen 0 und 1 auf 80 mA ein. In diesem Fall k\u00f6nnte optimistisch gesch\u00e4tzt werden, dass nicht mehr als 4 Feldger\u00e4te mit einem Verbrauch von 20 mA an einem Segment angeschlossen werden k\u00f6nnen, jedoch in der Praxis nicht mehr als 2. In diesem Fall verliert das System alle Vorteile, die im Foundation Fieldbus bestehen, und f\u00fchrt faktisch zu einer Punkt-zu-Punkt-Topologie, bei der f\u00fcr die Anbindung einer Vielzahl von Feldger\u00e4ten das System in mehrere Segmente aufgeteilt werden muss. Zudem begrenzt diese Methode erheblich die L\u00e4nge des Hauptkabels und der Abzweigungen.<\/p>\n<p>Das FISCO-Konzept wurde vom \"Deutschen Institut f\u00fcr Normung\" entwickelt und fand sp\u00e4ter Eingang in die IEC-Standards sowie in die GOST. Um die Funkenfreiheit des Feldnetzes zu gew\u00e4hrleisten, sieht das Konzept die Verwendung von Komponenten vor, die bestimmten Einschr\u00e4nkungen gen\u00fcgen. Solche Beschr\u00e4nkungen werden f\u00fcr Netzteile hinsichtlich der Ausgangsleistung, f\u00fcr Feldger\u00e4te bez\u00fcglich des Stromverbrauchs und der Induktivit\u00e4t sowie f\u00fcr Kabel in Bezug auf Widerstand, Kapazit\u00e4t und Induktivit\u00e4t festgelegt. Diese Einschr\u00e4nkungen sind damit verbunden, dass kapazitive und induktive Elemente Energie speichern k\u00f6nnen, die im Notfall, falls ein Element des Systems besch\u00e4digt wird, freigesetzt werden k\u00f6nnte und somit einen Funken\u00fcberschlag verursachen kann. Dar\u00fcber hinaus verbietet das Konzept die Verwendung von Redundanz im Bussystem.<\/p>\n<p>FISCO bietet eine erhebliche Stromst\u00e4rke zur Versorgung von Ger\u00e4ten in explosionsgef\u00e4hrdeten Bereichen, die die Methode der Feldbarrieren \u00fcbertrifft. Hier sind 115 mA verf\u00fcgbar, was zur Versorgung von 4-5 Ger\u00e4ten im Segment genutzt werden kann. Allerdings gibt es auch Einschr\u00e4nkungen bez\u00fcglich der L\u00e4nge des Hauptkabels und der Abzweigungen.<\/p>\n<p>Die High Power Trunk-Technologie ist derzeit die am weitesten verbreitete Methode zur Gew\u00e4hrleistung der Funkenfreiheit in Foundation Fieldbus-Netzwerken, da sie die Nachteile \u00fcberwindet, die in durch Barrieren gesch\u00fctzten Netzwerken oder Netzwerken, die gem\u00e4\u00df FISCO aufgebaut sind, bestehen. Mit der Verwendung von HPT ist es m\u00f6glich, die maximale Anzahl von Feldger\u00e4ten im Netzwerksegment zu erreichen. <\/p>\n<p><img decoding=\"async\" alt=\"Automatisierungssysteme auf Basis von Foundation Fieldbus\" src=\"\/wp-content\/uploads\/2020\/02\/0ee268277f614aa270578e2036cd70bc.jpg\" style=\"display:block;margin: 0 auto;\" \/><br \/>\n<br \/>\nDie Technologie schr\u00e4nkt elektrische Parameter des Netzwerks dort nicht ein, wo dies nicht erforderlich ist, zum Beispiel auf Hauptkommunikationsleitungen, wo keine Wartung oder Austausch von Ger\u00e4ten n\u00f6tig ist. F\u00fcr die Verbindung von Feldger\u00e4ten, die sich in explosionsgef\u00e4hrdeten Bereichen befinden, werden Kopplungsger\u00e4te mit der Funktionalit\u00e4t von Feldbarrieren eingesetzt, die elektrische Parameter des Netzwerks f\u00fcr die Stromversorgung von Sensoren begrenzen und sich direkt neben dem Steuerobjekt befinden. In diesem Fall wird entlang des gesamten Segments der explosionsgesch\u00fctzte Typ Ex e (erh\u00f6hte Sicherheit) verwendet.<br \/>\n<br \/>Quelle: <a content=\"nofollow\" rel=\"nofollow\" href=\"https:\/\/habr.com\/ru\/company\/phoenix_contact\/blog\/489256\/\">habr.com<\/a> <\/p>","protected":false,"gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"html"}]},"excerpt":{"rendered":"<p>Foundation Fieldbus \u044f\u0432\u043b\u044f\u0435\u0442\u0441\u044f \u0446\u0438\u0444\u0440\u043e\u0432\u043e\u0439 \u0441\u0438\u0441\u0442\u0435\u043c\u043e\u0439 \u0441\u0432\u044f\u0437\u0438, \u043f\u0440\u0438\u043c\u0435\u043d\u044f\u0435\u043c\u043e\u0439 \u0432 \u0430\u0432\u0442\u043e\u043c\u0430\u0442\u0438\u0437\u0430\u0446\u0438\u0438\u0438 \u043d\u0430\u0440\u044f\u0434\u0443 \u0441 \u0442\u0430\u043a\u0438\u043c\u0438, \u043a\u0430\u043a Profibus, Modbus \u0438\u043b\u0438 HART. \u0422\u0435\u0445\u043d\u043e\u043b\u043e\u0433\u0438\u044f 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