{"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 eingesetzt wird, neben solchen wie Profibus, Modbus oder HART. Die Technologie entstand etwas sp\u00e4ter als ihre Wettbewerber: Die erste Fassung des Standards datiert auf das Jahr 1996 und umfasst derzeit 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 von Sensoren und Controllern verwendet, und sein Netzwerk basiert auf dem physikalischen Standards IEC 61158-2, das eine Daten\u00fcbertragungsrate von 31,25 kbit\/s zul\u00e4sst. Dabei kann die Stromversorgung der Feldger\u00e4te \u00fcber die Daten\u00fcbertragungsbusse erfolgen. Das HSE-Netzwerk basiert auf Hochgeschwindigkeits-Ethernet-Netzwerken (100\/1000 Mbit\/s) und wird zur Einrichtung von SCADA-Systemen auf der Ebene der Controller und der Unternehmensf\u00fchrungssysteme verwendet.<\/p>\n<p>Die Technologie ist anwendbar beim Aufbau von SCADA-Systemen f\u00fcr alle industriellen Objekte, hat jedoch die gr\u00f6\u00dfte Verbreitung in Unternehmen der \u00d6l- und Gasindustrie sowie der chemischen Industrie gefunden.<\/p>\n<h4>M\u00f6glichkeiten der Technologie<\/h4>\n<p>\nFoundation Fieldbus wurde als Alternative zu traditionellen Modellen von automatisierten Steuerungssystemen auf Basis analoger Sensoren entwickelt und bietet zahlreiche Vorteile gegen\u00fcber dem traditionellen Modell sowie digitalen Systemen wie Profibus oder HART.<\/p>\n<p>Einer der Hauptvorteile liegt in der hohen Zuverl\u00e4ssigkeit und Ausfallsicherheit 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, die durch zwei Faktoren erreicht wird:<\/p>\n<ul>\n<li>der Verwendung von intelligenten Ger\u00e4ten (Sensoren und Aktoren) auf der Feldebene;<\/li>\n<li>der M\u00f6glichkeit, den Informationsaustausch direkt zwischen den Ger\u00e4ten der Feldebene ohne Beteiligung eines Controllers zu organisieren.<\/li>\n<\/ul>\n<p>\nDie Intelligenz der Feldger\u00e4te besteht in der M\u00f6glichkeit, Steuerungs- und Informationsverarbeitungsalgorithmen zu integrieren, die traditionell im Controller realisiert werden. In der Praxis erm\u00f6glicht dies dem System, weiterhin zu funktionieren, selbst wenn der Controller ausf\u00e4llt. Dazu 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 dem Einsatz intelligenter Sensoren ergeben, liegen in der M\u00f6glichkeit, neben den Messungen eine gr\u00f6\u00dfere Datenmenge von jedem Feldger\u00e4t zu erhalten, was letztendlich den Beobachtungsbereich des Prozesses erweitert, der in traditionellen analogen Systemen durch die Ein- und Ausgangssignale begrenzt ist.<\/p>\n<p>Die Verwendung einer Bussystemtopologie im H1-Netzwerk erm\u00f6glicht eine Verk\u00fcrzung der Kabell\u00e4ngen, verringert den Montageaufwand und macht es \u00fcberfl\u00fcssig, zus\u00e4tzliches Equipment in den Steuerungssystemen wie Ein- und Ausgangsmodule, Stromversorgungen und in explosionsgef\u00e4hrdeten Bereichen - \u00dcberspannungsschutzbarrieren - zu verwenden.<\/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 die Verwendung von Kommunikationskabeln mit 4-20 mA Sensoren, was bei der Modernisierung alter Steuerungssysteme n\u00fctzlich sein kann. Dank der Anwendung von Prinzipien der Z\u00fcndsicherheit wird die Technologie aktiv in explosionsgef\u00e4hrdeten Umgebungen eingesetzt. Die Standardisierung garantiert die Austauschbarkeit und Kompatibilit\u00e4t von Ger\u00e4ten verschiedener Hersteller, und dank der Gateway-Ger\u00e4te ist es m\u00f6glich, das Netzwerk der Feldger\u00e4te mit den SCADA-Netzwerken der Unternehmen zu verbinden, die auf Ethernet basieren.<\/p>\n<p>Die gr\u00f6\u00dfte \u00c4hnlichkeit hat der Foundation Fieldbus H1 mit den Profibus PA-Systemen. Beide Technologien basieren auf dem gleichen physikalischen Standard, sodass die Daten\u00fcbertragungsraten, die Verwendung von Manchester-Codierung, die elektrischen Parameter der Kommunikationslinie, die m\u00f6gliche \u00dcbertragungsleistung und die maximal zul\u00e4ssige Kabell\u00e4nge im Netzwerksegment (1900 m) identisch sind. In beiden Systemen k\u00f6nnen zus\u00e4tzlich bis zu 4 Repeater verwendet werden, wodurch die Segmentl\u00e4nge bereits 9,5 km erreichen kann. Gemeinsam sind auch die m\u00f6glichen Netzwerkstrukturen im Steuerungssystem sowie die Prinzipien der Sicherheit gegen Z\u00fcndgefahr.<\/p>\n<h4>Systemkomponenten<\/h4>\n<p>\nDie Hauptbestandteile des Foundation Fieldbus H1 Netzwerks sind:<\/p>\n<ul>\n<li>Controller f\u00fcr dezentrale Steuerungssysteme (DCS);<\/li>\n<li>Stromversorgungen f\u00fcr die Feldebene;<\/li>\n<li>Block- oder modulare Verbindungseinheiten;<\/li>\n<li>Bus-Terminatoren;<\/li>\n<li>Intelligente Feldger\u00e4te. <\/li>\n<\/ul>\n<p>\nAuch Gateway-Ger\u00e4te (Linking Device), Protokollwandler, \u00dcberspannungsschutzger\u00e4te und Repeater k\u00f6nnen im System vorhanden sein.<\/p>\n<h4>Netztopologie<\/h4>\n<p>\nEin wichtiges Konzept im H1-Netzwerk ist das Konzept des Segments. Es stellt eine Hauptverbindung (Trunk) dar, von der Abzweigungen (Spur) abgehen, an die Feldger\u00e4te angeschlossen werden. Das Hauptkabel beginnt an der Stromquelle des Busses und endet normalerweise am letzten Verbindungspunkt. F\u00fcr die Verbindung des Controllers mit den Feldger\u00e4ten sind vier Arten von Topologien zul\u00e4ssig: Punkt-zu-Punkt, Ring, Bus und Baum. Jedes Segment kann sowohl mit einer einzelnen Topologie als auch mit Kombinationen dieser 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 \/>\nBei der Verwendung der 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 dem System nahezu alle Vorteile nimmt, die im Foundation Fieldbus vorgesehen sind. Am Controller sind zu viele Schnittstellen beteiligt, und um die Feldger\u00e4te \u00fcber den Datenbus mit Strom zu versorgen, muss sich f\u00fcr jede Verbindungslinie eine eigene Stromquelle des Feldbusses befinden. Die L\u00e4ngen der Verbindungslinien sind zu gro\u00df, und der Informationsaustausch zwischen den Ger\u00e4ten erfolgt ausschlie\u00dflich \u00fcber den Controller, was es nicht erm\u00f6glicht, das Prinzip der hohen Fehlertoleranz der H1-Systeme zu nutzen.<\/p>\n<p>Die Ringtopologie sieht eine serielle Verbindung der Feldger\u00e4te untereinander vor. Hier sind alle Feldger\u00e4te in einem Segment zusammengefasst, was geringere Ressourcen zul\u00e4sst. Aber auch diese Topologie hat Nachteile \u2013 zun\u00e4chst m\u00fcssen Methoden vorgesehen werden, bei denen der Ausfall eines der Zwischen-Sensoren nicht zu einem Abbruch der Verbindung mit den anderen f\u00fchrt. Ein weiteres Manko erkl\u00e4rt sich aus dem Fehlen eines Kurzschlussschutzes in der Verbindungslinie, wodurch der Informationsaustausch im Segment unm\u00f6glich ist.<\/p>\n<p>Die gr\u00f6\u00dfte Zuverl\u00e4ssigkeit und Praktikabilit\u00e4t bieten zwei andere Netzwerk-Topologien \u2013 die Bus- und die Baumtopologie, die sich in der Praxis beim Bau von H1-Netzen am weitesten verbreitet haben. Der Sinn dieser Topologien besteht darin, Verbindungseinheiten zu verwenden, um Feldger\u00e4te mit der Hauptkommunikationsleitung zu verbinden. Verbindungseinheiten erm\u00f6glichen es, jedes Feldger\u00e4t mit einer eigenen Schnittstelle anzuschlie\u00dfen.<\/p>\n<h4>Netzwerkparameter<\/h4>\n<p>\nWichtige Fragen beim Bau eines H1-Netzes sind die physikalischen Parameter \u2013 wie viele Feldger\u00e4te in einem Segment verwendet werden k\u00f6nnen, wie lang das Segment maximal sein darf und wie lang die Abzweigungen sein k\u00f6nnen. Die Antworten auf diese Fragen h\u00e4ngen von der Art der Stromversorgung und dem Energieverbrauch der Feldger\u00e4te ab, sowie f\u00fcr explosionsgef\u00e4hrdete Objekte von den Methoden zur Gew\u00e4hrleistung der Z\u00fcndsicherheit.<\/p>\n<p>Die maximale Anzahl der Feldger\u00e4te in einem Segment (32) kann nur erreicht werden, wenn sie von lokalen Quellen vor Ort versorgt werden und keine Mittel zur Gew\u00e4hrleistung der Z\u00fcndsicherheit vorhanden sind. Wenn Sensoren und Aktoren \u00fcber den Datenbus versorgt werden, kann die maximale Anzahl der Ger\u00e4te nur 12 oder weniger betragen, abh\u00e4ngig von den Methoden zur Gew\u00e4hrleistung der Z\u00fcndsicherheit. <\/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>Abh\u00e4ngigkeit der Anzahl der Feldger\u00e4te von der Art der Stromversorgung und den Methoden zur Gew\u00e4hrleistung der Z\u00fcndsicherheit.<\/i><\/p>\n<p>Die L\u00e4nge des Netzwerksegments wird durch die Art des verwendeten Kabels bestimmt. Die maximale L\u00e4nge von 1900 m wird bei Verwendung eines Kabeltyps A (geschirmtes Twisted-Pair-Kabel) erreicht. Bei Verwendung eines Kabeltyps D (nicht geschirmtes mehradriges Kabel mit gemeinsamer Abschirmung) \u2013 nur 200 m. Mit der L\u00e4nge des Segments wird die Summe der L\u00e4ngen des Hauptkabels und aller Abzweigungen davon bezeichnet.<\/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>Abh\u00e4ngigkeit der Segmentl\u00e4nge von der Art des Kabels.<\/i><\/p>\n<p>Die L\u00e4nge der Abzweigungen h\u00e4ngt von der Anzahl der Ger\u00e4te im Netzwerksegment ab. Bei bis zu 12 Ger\u00e4ten betr\u00e4gt die maximale L\u00e4nge 120 m. Bei 32 Ger\u00e4ten im Segment betr\u00e4gt die maximale L\u00e4nge der Abzweigungen nur 1 m. Wenn Feldger\u00e4te in Reihe geschaltet werden, verringert 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>Abh\u00e4ngigkeit der L\u00e4nge der Abzweigungen vom Hauptkabel von der Anzahl der Feldger\u00e4te im Segment.<\/i><\/p>\n<p>Alle diese Faktoren wirken sich direkt auf die Struktur und Topologie des Systems aus. Um den Planungsprozess des Netzwerks zu beschleunigen, werden spezielle Softwarepakete eingesetzt, wie DesignMate von der FieldComm Group oder der Fieldbus Network Planner von Phoenix Contact. Die Programme erm\u00f6glichen die Berechnung physikalischer und elektrischer Parameter des H1-Netzwerks unter Ber\u00fccksichtigung aller m\u00f6glichen Einschr\u00e4nkungen.<\/p>\n<h4>Zweck der Systemkomponenten<\/h4>\n<p><b>Controller<\/b><\/p>\n<p>Die Aufgabe des Controllers besteht in der Umsetzung der Funktionen des Aktiven Verbindungsplaners (LAS) \u2013 des Hauptger\u00e4ts, das das Netzwerk steuert, indem es Steuerbotschaften versendet. LAS initiiert den Informationsaustausch zwischen den Netzwerkteilnehmern entweder mit geplanten oder ungeplanten Nachrichten, f\u00fchrt Diagnosen durch und synchronisiert alle Ger\u00e4te. <\/p>\n<p>Dar\u00fcber hinaus ist der Controller f\u00fcr die automatische Adressierung der Feldger\u00e4te verantwortlich und fungiert als Gateway-Ger\u00e4t, das eine Ethernet-Schnittstelle zur Kommunikation mit der oberen Ebene des Steuerungssystems auf Basis von Foundation Fieldbus HSE oder einem anderen Kommunikationsprotokoll bereitstellt. F\u00fcr die obere Ebene des Systems bietet der Controller Funktionen zur \u00dcberwachung und Steuerung durch den Betreiber sowie Funktionen zur Remote-Konfiguration der Feldger\u00e4te.<\/p>\n<p>Im Netzwerk k\u00f6nnen mehrere Aktive Verbindungsplaner vorhanden sein, die die in ihnen enthaltenen Funktionen redundieren. In modernen Systemen k\u00f6nnen die Funktionen von LAS in einem Gateway-Ger\u00e4t implementiert werden, das als Protokollkonverter f\u00fcr Steuerungssysteme dient, die auf Standards basieren, die sich vom Foundation Fieldbus HSE unterscheiden. <\/p>\n<p><b>Stromversorgungen des Feldebusses<\/b><\/p>\n<p>Das Stromversorgungssystem im H1-Netz spielt eine Schl\u00fcsselrolle, denn f\u00fcr die M\u00f6glichkeit des Informationsaustauschs muss im Daten\u00fcbertragungskabel eine Spannung zwischen 9 und 32 V Gleichstrom unterst\u00fctzt werden. Unabh\u00e4ngig davon, ob die Feldger\u00e4te \u00fcber den Datenbus oder \u00fcber lokale Stromquellen betrieben werden, ben\u00f6tigt das Netzwerk Busstromversorgungen. <\/p>\n<p>Deshalb besteht ihre Hauptaufgabe darin, die erforderlichen elektrischen Parameter im Bus aufrechtzuerhalten sowie die angeschlossenen Ger\u00e4te mit Strom zu versorgen. Im Gegensatz zu herk\u00f6mmlichen Netzteilen unterscheiden sich die Busspannungsquellen dadurch, dass sie einen entsprechenden Impedanzwert der Ausgangsschaltung bei Daten\u00fcbertragungsfrequenzen aufweisen. Wenn zur Stromversorgung des H1-Netzes direkt Netzteile mit 12 oder 24 V verwendet werden, geht das Signal verloren und der Informationsaustausch im Bus ist nicht m\u00f6glich.<\/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 Spannungsquellen 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 Spannungsquellen jedes Segmentes des Netzwerks reserviert werden. Die FB-PS-Stromquellen von Phoenix Contact unterst\u00fctzen die Technologie der automatischen Laststrombalancierung (Auto Current Balancing). ACB sorgt f\u00fcr eine symmetrische Lastverteilung zwischen den Stromquellen, was sich positiv auf ihren Temperaturschutz auswirkt und letztendlich zu einer l\u00e4ngeren Lebensdauer f\u00fchrt. <\/p>\n<p>Das Stromversorgungssystem des H1-Netzes befindet sich in der Regel im Schaltschrank des Controllers.<\/p>\n<p><b>Verbindungsger\u00e4te<\/b><\/p>\n<p>Verbindungsger\u00e4te dienen der Anbindung einer Gruppe von Feldger\u00e4ten an den Hauptdatenbus. Je nach Funktion unterscheiden sie sich in zwei Typen: Segmentprotektoren (Segment Protectors) und Feldbarrieren (Field Barriers). <\/p>\n<p>Unabh\u00e4ngig vom Typ sch\u00fctzen die Verbindungsger\u00e4te das Netzwerk vor Kurzschl\u00fcssen und \u00dcberlastungen in den abgehenden Leitungen. Bei einem Kurzschluss blockiert das Verbindungsger\u00e4t den Schnittstellenport, sodass der Kurzschluss nicht im System verbreitet werden kann und somit der Informationsaustausch zwischen den anderen Ger\u00e4ten des Netzwerks gew\u00e4hrleistet bleibt. Nach Beseitigung des Kurzschlusses beginnt der zuvor blockierte Kommunikationsport wieder zu arbeiten.<\/p>\n<p>Feldbarrieren bieten zus\u00e4tzlich eine galvanische Trennung zwischen nicht-explosionsgesch\u00fctzten Kreisen des Hauptbusses und den explosionsgesch\u00fctzten Kreisen der angeschlossenen Feldger\u00e4te (Abzweigungen).<\/p>\n<p>Physikalische Verbindungsger\u00e4te gibt es auch in zwei Typen \u2013 in Block- und Modularbauweise. Blockverbindungsger\u00e4te des Typs FB-12SP mit dem Schutzsegment-Funktionalit\u00e4t erm\u00f6glichen den Anschluss von Feldger\u00e4ten in Zone 2 \u00fcber explosionsgesch\u00fctzte Schaltkreise IC, w\u00e4hrend die Feldbarrieren FB-12SP ISO den Anschluss von Ger\u00e4ten in den Zonen 1 und 0 \u00fcber explosionsgesch\u00fctzte Schaltkreise IA zulassen. <\/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>Die Verbindungsger\u00e4te FB-12SP und FB-6SP von Phoenix Contact.<\/i><\/p>\n<p>Ein Vorteil der modularen Ger\u00e4te ist die M\u00f6glichkeit, das System zu skalieren, indem die ben\u00f6tigte Anzahl an Kan\u00e4len f\u00fcr den Anschluss von Feldger\u00e4ten ausgew\u00e4hlt wird. Dar\u00fcber hinaus erm\u00f6glichen modulare Ger\u00e4te, flexible Strukturen zu schaffen. In einem einzelnen Verteilerschrank k\u00f6nnen Schutzmodule und Feldbarrieren kombiniert werden, sodass Feldger\u00e4te aus einem Schrank in verschiedenen Gefahrenzonen angeschlossen werden k\u00f6nnen. An einen Bussystem k\u00f6nnen bis zu 12 doppelte Module FB-2SP oder einzelne Barrieremodule FB-ISO angeschlossen werden, wodurch bis zu 24 Feldger\u00e4te in Zone 2 oder bis zu 12 Sensoren in Zone 1 oder 0 angeschlossen werden k\u00f6nnen. <\/p>\n<p>Die Verbindungsger\u00e4te k\u00f6nnen in einem breiten Temperaturbereich betrieben werden und sind in explosionsgesch\u00fctzten Geh\u00e4usen Ex e, Ex d mit einer Schutzart von mindestens IP54 installiert, auch maximal nah am Steuerobjekt.<\/p>\n<p><b>Ger\u00e4te zum Schutz vor \u00dcberspannungen<\/b><\/p>\n<p>Feldschichten-Netzwerke H1 k\u00f6nnen sehr lange Segmente bilden, und die Verbindungsleitungen k\u00f6nnen in Bereichen verlaufen, in denen \u00dcberspannungen entstehen k\u00f6nnen. Unter \u00dcberspannungen versteht man induzierte Spannungsunterschiede, die durch Blitzeinschl\u00e4ge oder Kurzschl\u00fcsse in benachbarten Kabelverbindungen verursacht werden. Die induzierte Spannung, die einige Kilovolt betragen kann, f\u00fchrt zu Entladungstr\u00f6men in Kiloampere. All diese Ph\u00e4nomene treten innerhalb von Mikrosekunden auf, k\u00f6nnen jedoch zu Sch\u00e4den an den Komponenten des H1-Netzes f\u00fchren. Um Ger\u00e4te vor solchen Ph\u00e4nomenen zu sch\u00fctzen, ist der Einsatz von \u00dcberspannungsschutzger\u00e4ten (\u00dcSP) erforderlich. Der Einsatz von \u00dcSP anstelle herk\u00f6mmlicher Durchgangsklemmen gew\u00e4hrleistet einen zuverl\u00e4ssigen und sicheren Betrieb des Systems unter ung\u00fcnstigen Bedingungen. <\/p>\n<p>Das Prinzip seiner Funktionsweise basiert auf der Nutzung eines quasi-kurzen Kurzschlusses im Nanosekundenbereich zur Durchf\u00fchrung von Entladungstr\u00f6men in einem Schaltkreis, in dem Elemente verwendet werden, die den Durchfluss von Str\u00f6men dieser Gr\u00f6\u00dfe aushalten k\u00f6nnen. <\/p>\n<p>Es gibt eine gro\u00dfe Anzahl von Varianten von \u00dcberspannungsschutzger\u00e4ten (\u00dcZP): ein-kanalige, zwei-kanalige, mit austauschbaren Steckern, mit verschiedenen Diagnosetypen \u2013 in Form von Blinkern, trockenem Kontakt. Moderne Diagnosemittel von Phoenix Contact erm\u00f6glichen die \u00dcberwachung von \u00dcZP unter Verwendung 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 Foundation Fieldbus-Systemen. <\/p>\n<p><b>Bus-Terminierung<\/b><\/p>\n<p>Der Terminator erf\u00fcllt im Netzwerk zwei Funktionen \u2013 er \u00fcberbr\u00fcckt den Busfeldstrom, der aufgrund der Signalmodulation entsteht, und verhindert die Reflexion des Signals an den Enden der Stammleitung, wodurch St\u00f6rungen und Jitter (phasenm\u00e4\u00dfige Schwankungen des digitalen Signals) vermieden werden. Somit erm\u00f6glicht der Terminator, die Entstehung ungenauer Daten im Netzwerk oder einen vollst\u00e4ndigen Datenverlust zu vermeiden.<\/p>\n<p>In jedem Segment des H1-Netzwerks m\u00fcssen zwei Terminatoren vorhanden sein, jeweils an jedem Ende des Segments. Die Stromversorgungen des Busses und die Verbindungseinheiten von Phoenix Contact werden mit abschaltbaren Terminatoren ausgestattet. Das Vorhandensein zus\u00e4tzlicher Terminatoren im Netzwerk, zum Beispiel aufgrund eines Fehlers, w\u00fcrde signifikant das Signalniveau in der Schnittstellenleitung verringern.<\/p>\n<h4>Informationsaustausch zwischen Segmenten<\/h4>\n<p>\nDer Informationsaustausch zwischen Feldger\u00e4ten ist nicht auf ein Segment beschr\u00e4nkt, sondern kann zwischen verschiedenen Teilen des Netzwerks erfolgen, die \u00fcber einen Controller oder ein Unternehmensnetzwerk auf Ethernet-Basis verbunden sind. Dabei kann das Protokoll Foundation Fieldbus HSE oder das beliebtere, beispielsweise Modbus TCP, verwendet werden. <\/p>\n<p>Beim Aufbau eines HSE-Netzwerks werden industrielle Switches verwendet. Das Protokoll erlaubt Ring-Redundanz. In diesem Fall 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 zur Netzwerkkonvergenz im Falle eines Verbindungsabbruchs. <\/p>\n<p>Die Integration von HSE-basierten Systemen mit Drittanbietersystemen ist unter Verwendung der OPC-Technologie m\u00f6glich.<\/p>\n<h4>Methoden zur Gew\u00e4hrleistung der Explosionssicherheit<\/h4>\n<p>\nUm ein explosionssicheres System zu schaffen, reicht es nicht aus, sich nur auf die Explosionssicherheitseigenschaften der Ger\u00e4te zu st\u00fctzen und deren richtige Anordnung im Objekt zu w\u00e4hlen. Im Rahmen des Systems funktioniert jedes Ger\u00e4t nicht isoliert, sondern arbeitet innerhalb eines einheitlichen Netzwerks. In Foundation Fieldbus H1 ist der Informationsaustausch zwischen Ger\u00e4ten in verschiedenen Gefahrenbereichen nicht nur mit der Daten\u00fcbertragung verbunden, sondern auch mit der \u00dcbertragung elektrischer Energie. Die Energiemenge, die in einem Bereich zul\u00e4ssig war, kann in einem anderen inakzeptabel sein. Daher wird zur Bewertung der Explosionssicherheit von Feldernetzen und zur Auswahl der optimalen Sicherungsmethode ein systematischer Ansatz verwendet. Unter diesen Methoden haben Methoden zur Gew\u00e4hrleistung der Funkensicherheit die gr\u00f6\u00dfte Verbreitung gefunden.<\/p>\n<p>Im Hinblick auf Feldbusse gibt es derzeit mehrere Methoden zur Gew\u00e4hrleistung der Funkensicherheit: die traditionelle Methode der Funkenschutzbarrieren, das FISCO-Konzept und die High Power Trunk (HPT) Technologie. <\/p>\n<p>Die erste Methode basiert auf der Nutzung von Funkenschutzbarrieren und realisiert ein bew\u00e4hrtes Konzept, das in Regelungssystemen mit analogen Signalen von 4-20 mA verwendet wurde. Diese Methode ist einfach und zuverl\u00e4ssig, schr\u00e4nkt jedoch die Stromversorgung f\u00fcr Feldger\u00e4te in explosionsgef\u00e4hrdeten Zonen 0 und 1 auf 80 mA ein. In diesem optimistischen Fall kann man maximal 4 Feldger\u00e4te mit einem Verbrauch von 20 mA an ein Segment anschlie\u00dfen, in der Praxis sind es jedoch nicht mehr als 2. In diesem Fall verliert das System alle Vorteile, die im Foundation Fieldbus bestehen, und f\u00fchrt tats\u00e4chlich zu einer Punkt-zu-Punkt-Topologie, wobei f\u00fcr den Anschluss einer gro\u00dfen Anzahl von Feldger\u00e4ten das System in zahlreiche Segmente unterteilt werden muss. Diese Methode schr\u00e4nkt au\u00dferdem erheblich die L\u00e4nge des Hauptkabels und der Abzweigungen ein.<\/p>\n<p>Das FISCO-Konzept wurde vom \"Nationalen Metrologieinstitut Deutschlands\" entwickelt und sp\u00e4ter in die IEC-Standards sowie anschlie\u00dfend in die GOST aufgenommen. Um die Funken- und Explosionssicherheit des Feldnetzwerks zu gew\u00e4hrleisten, sieht das Konzept die Verwendung von Komponenten vor, die bestimmten Einschr\u00e4nkungen entsprechen. Solche Einschr\u00e4nkungen werden f\u00fcr die Stromversorgungsquellen nach Ausgangsleistung, f\u00fcr Feldger\u00e4te nach Leistungsaufnahme und Induktivit\u00e4t sowie f\u00fcr Kabel nach Widerstand, Kapazit\u00e4t und Induktivit\u00e4t formuliert. Diese Einschr\u00e4nkungen sind damit verbunden, dass kapazitive und induktive Elemente Energie speichern k\u00f6nnen, die im St\u00f6rungsmodus, im Falle einer Besch\u00e4digung eines Elements des Systems, freigesetzt werden und einen Funkenblitz verursachen kann. Dar\u00fcber hinaus verbietet das Konzept die Verwendung von Redundanz im Stromversorgungssystem der Buslinie.<\/p>\n<p>FISCO bietet eine gr\u00f6\u00dfere Stromst\u00e4rke zur Speisung von Ger\u00e4ten in explosionsgef\u00e4hrdeten Bereichen im Vergleich zur Methode der Feldbarrieren. Hier stehen 115 mA zur Verf\u00fcgung, was ausreicht, um 4-5 Ger\u00e4te im Segment mit Strom zu versorgen. Allerdings gibt es auch hier 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 Technologie zur Gew\u00e4hrleistung der Funken- und Explosionssicherheit in Foundation Fieldbus-Netzwerken, da sie die M\u00e4ngel beseitigt, die in Barriere-gesch\u00fctzten Netzwerken oder solchen, die nach FISCO aufgebaut sind, bestehen. Mit der HPT-Technologie ist es m\u00f6glich, den maximalen Wert f\u00fcr Feldger\u00e4te 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 begrenzt die elektrischen Parameter des Netzwerks dort, wo dies nicht erforderlich ist, zum Beispiel in der Hauptkommunikationslinie, wo kein Wartungs- oder Austauschbedarf besteht. F\u00fcr den Anschluss von Feldger\u00e4ten, die sich in explosionsgef\u00e4hrdeten Bereichen befinden, werden Verbindungseinheiten mit Funktionen von Feldbarrieren verwendet, die die elektrischen Parameter des Netzwerks zur Speisung von Sensoren unterhalb der relevanten Grenzen halten und sich direkt neben dem Steuerobjekt befinden. In diesem Fall wird im gesamten Segment eine Art von Explosionsschutz Ex e (erh\u00f6hter Schutz) 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 \u043f\u043e\u044f\u0432\u0438\u043b\u0430\u0441\u044c 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