Foundation Fieldbus estas cifereca komunika sistemo uzata en aŭtomatigo kune kun Profibus, Modbus aŭ HART. La teknologio aperis iom pli malfrue ol ĝiaj konkurantoj: la unua eldono de la normo datiĝas de 1996 kaj nuntempe inkluzivas du protokolojn por informa interŝanĝo inter retaj partoprenantoj - H1 kaj HSE (Alta Rapida Ethernet).
La H1-protokolo estas uzata por informinterŝanĝo ĉe la sensilo kaj regilo-niveloj, kaj ĝia reto baziĝas sur la fizika tavolnormo IEC 61158-2, permesante transigan indicon de 31,25 kbit/s. En ĉi tiu kazo, estas eble provizi potencon al kampo-aparatoj de la datumbuso. La HSE-reto baziĝas sur altrapidaj Eterretaj retoj (100/1000 Mbit/s) kaj estas uzata por konstrui aŭtomatigitan procezkontrolan sistemreton je la nivelo de regiloj kaj entreprenaj administradsistemoj.
La teknologio estas aplikebla en la konstruado de aŭtomataj procezkontrolaj sistemoj por iuj industriaj instalaĵoj, sed ĝi estas plej disvastigita ĉe entreprenoj en la petrolo kaj gasindustrio kaj la kemia industrio.
Teknologiaj kapabloj
Foundation Fieldbus estis evoluigita kiel alternativo al la tradicia modelo de aŭtomatigitaj kontrolsistemoj bazitaj sur analogaj sensiloj kaj havas kelkajn avantaĝojn super kaj la tradicia modelo kaj ciferecaj sistemoj bazitaj sur Profibus aŭ HART.
Unu el la ĉefaj avantaĝoj estas la alta grado de fidindeco kaj misfunkciado de sistemoj H1, kiu estas atingita pro du faktoroj:
- uzo de inteligentaj aparatoj (sensiloj kaj aktuarioj) sur la kamponivelo;
- la kapablo organizi informinterŝanĝon rekte inter kampo-nivelaj aparatoj sen la partopreno de regilo.
La inteligenteco de kampaparatoj kuŝas en la kapablo efektivigi kontrolon kaj informpretigalgoritmojn kiuj estas tradicie efektivigitaj en la regilo. En praktiko, tio permesas al la sistemo daŭri funkcii eĉ se la regilo malsukcesas. Ĉi tio postulas, ke la kampaparatoj estu agordita taŭge kaj ke fidinda kampa busa elektroprovizo estu provizita.
Kromaj avantaĝoj derivitaj de ciferecigo de la kontrolsistemo kaj la uzo de inteligentaj sensiloj inkludas la kapablon akiri pli da datenoj preter mezurado de ĉiu kampa aparato, finfine vastigante la amplekson de procezmonitorado kiu en tradiciaj analogaj sistemoj estas limigita al la signala enig/eliga sistemo. . .
La uzo de busa topologio en la reto H1 ebligas redukti la longon de kablolinioj, la kvanton de instalado-laboro, kaj forigi la uzon de pliaj ekipaĵoj en kontrolsistemoj: enigo/eliga moduloj, elektrofontoj, kaj en danĝeraj areoj - fajreraj protektaj baroj.
La H1 permesas la uzon de 4-20 mA-sensilo-komunikadkabloj, kiuj povas esti uzitaj dum ĝisdatigado de pli malnovaj kontrolsistemoj. Danke al la uzo de internaj sekurecaj principoj, la teknologio estas aktive uzata en eksplodemaj medioj. Normigo mem garantias la interŝanĝeblecon kaj kongruecon de ekipaĵoj de malsamaj fabrikistoj, kaj danke al enirejoj de aparatoj eblas interfacigi reton de kampaj aparatoj kaj industria kontrolsistemo reton de entreprenoj konstruitaj sur Ethernet.
Foundation Fieldbus H1 estas plej simila al Profibus PA-sistemoj. Ambaŭ teknologioj baziĝas sur la sama fizika tavola normo, do ĉi tiuj sistemoj havas la samajn transigajn tarifojn, la uzon de Manĉestra kodigo, elektrajn parametrojn de la komunika linio, la kvanton de ebla elsendita potenco kaj la maksimuman permeseblan kablolongon en reto. segmento (1900 m). Ankaŭ en ambaŭ sistemoj eblas uzi ĝis 4 ripetilojn, pro kiuj la segmenta longo povas jam atingi 9,5 km. Eblaj rettopologioj en la kontrolsistemo, same kiel principoj por certigi internan sekurecon, estas oftaj.
Sistemkomponentoj
La ĉefaj elementoj de la Foundation Fieldbus H1-reto estas:
- malcentralizita kontrolsistemo (DCS) regilo;
- kampbusaj elektrofontoj;
- blokaj aŭ modulaj interfacaj aparatoj;
- busterminiloj;
- inteligentaj kampo-aparatoj.
La sistemo ankaŭ povas enhavi enirejaparatojn (Linking Device), protokoltransformiloj, SPD-oj kaj ripetiloj.
Reta topologio
Grava koncepto en la H1-reto estas la koncepto de segmento. Ĝi estas ĉefa komunika linio (Trunk), kun branĉoj etendiĝantaj de ĝi (Spuro), al kiu kampaj aparatoj estas konektitaj. La trunka kablo komenciĝas ĉe la busa energifonto kaj kutime finiĝas ĉe la lasta interfaca aparato. Kvar specoj de topologio estas permesitaj por komunikado inter la regilo kaj kampaparatoj: punkt-al-punkta, buklo, buso kaj arbo. Ĉiu segmento povas esti konstruita aŭ uzante apartan topologion aŭ uzante iliajn kombinaĵojn.
Kun punkt-al-punkta topologio, ĉiu kampa aparato estas konektita rekte al la regilo. En ĉi tiu kazo, ĉiu ligita kampa aparato formas sian propran retsegmenton. Ĉi tiu topologio estas maloportuna ĉar ĝi senigas la sistemon de preskaŭ ĉiuj avantaĝoj enecaj en Foundation Fieldbus. Estas tro multaj interfacoj sur la regilo, kaj por funkciigi kampajn aparatojn de la datumbuso, ĉiu komunika linio devas havi sian propran kampabusan elektroprovizon. La longeco de la komunikadlinioj montriĝas tro longa, kaj la interŝanĝo de informoj inter aparatoj okazas nur per la regilo, kio ne ebligas uzi la principon de alta toleremo al misfunkciadoj de H1-sistemoj.
La buklotopologio implicas serian ligon de kampaparatoj unu al la alia. Ĉi tie, ĉiuj kampo-aparatoj estas kombinitaj en unu segmenton, kio permesas la uzon de malpli da rimedoj. Tamen, ĉi tiu topologio ankaŭ havas malavantaĝojn - antaŭ ĉio, necesas provizi metodojn, en kiuj la malsukceso de unu el la mezaj sensiloj ne kondukos al perdo de komunikado kun la aliaj. Alia malavantaĝo estas klarigita per la manko de protekto kontraŭ mallonga cirkvito en la komunika linio, en kiu informo interŝanĝo en la segmento estos neebla.
Du aliaj rettopologioj havas la plej grandan fidindecon kaj praktikecon - busa kaj arbtopologio, kiuj trovis la plej grandan distribuon en praktiko dum konstruado de H1-retoj. La ideo malantaŭ ĉi tiuj topologioj estas uzi interfacaparatojn por konekti kampajn aparatojn al la spino. Kunligaj aparatoj permesas al ĉiu kampaparato esti konektita al sia propra interfaco.
Retaj agordoj
Gravaj demandoj dum konstruado de H1-reto estas ĝiaj fizikaj parametroj - kiom da kampaparatoj povas esti uzataj en segmento, kio estas la maksimuma longo de segmento, kiom longaj povas esti la branĉoj. La respondo al ĉi tiuj demandoj dependas de la speco de nutrado kaj energikonsumo de la kampaj aparatoj, kaj por danĝeraj areoj, la metodoj por certigi internan sekurecon.
La maksimuma nombro da kampaparatoj en segmento (32) povas esti atingita nur se ili estas funkciigitaj de lokaj fontoj surloke kaj se interna sekureco ne estas havebla. Dum funkciigado de sensiloj kaj aktuarioj de la datumbuso, la maksimuma nombro da aparatoj povas esti nur 12 aŭ malpli depende de internaj sekurecaj metodoj.
Dependeco de la nombro da kampaj aparatoj de la elektroprovizometodo kaj metodoj por certigi internan sekurecon.
La longo de la retsegmento estas determinita de la speco de kablo uzata. La maksimuma longo de 1900 m estas atingita kiam oni uzas kablon de tipo A (tordita paro kun ŝildo). Kiam vi uzas kablon tipo D (ne tordita multkerna kablo kun komuna ŝildo) - nur 200 m.La longo de segmento estas komprenata kiel la sumo de la longoj de la ĉefa kablo kaj ĉiuj branĉoj de ĝi.
Dependeco de segmentlongo de kablotipo.
La longo de la branĉoj dependas de la nombro da aparatoj en la reto-segmento. Do, kun la nombro da aparatoj ĝis 12, ĉi tio estas maksimume 120 m. Kiam oni uzas 32 aparatojn en segmento, la maksimuma longo de la branĉoj estos nur 1 m. Kiam oni koneksas kampajn aparatojn per buklo, ĉiu aldona aparato. reduktas la longon de la branĉo je 30 m.
Dependeco de la longo de branĉoj de la ĉefa kablo de la nombro da kampaj aparatoj en la segmento.
Ĉiuj ĉi tiuj faktoroj rekte influas la strukturon kaj topologion de la sistemo. Por akceli la retan dezajnprocezon, specialaj softvarpakaĵoj estas uzataj, kiel DesignMate de la FieldComm Group aŭ Fieldbus Network Planner de Phoenix Contact. La programoj permesas kalkuli la fizikajn kaj elektrajn parametrojn de la reto H1, konsiderante ĉiujn eblajn limigojn.
Celo de sistemaj komponantoj
Regilo
La tasko de la regilo estas efektivigi la funkciojn de la Link Active Scheduler (LAS), la ĉefa aparato, kiu administras la reton sendante servomesaĝojn. LAS iniciatas informinterŝanĝon inter retaj partoprenantoj kun planitaj (planitaj) aŭ neplanitaj mesaĝoj, diagnozas kaj sinkronigas ĉiujn aparatojn.
Krome, la regilo respondecas pri aŭtomata traktado de kampaj aparatoj kaj funkcias kiel enireja aparato, disponigante Ethernet-interfacon por komunikado kun la supra nivelo de la kontrolsistemo bazita sur Foundation Fieldbus HSE aŭ alia komunika protokolo. Ĉe la plej alta nivelo de la sistemo, la regilo disponigas funkciigantajn monitorajn kaj kontrolajn funkciojn, same kiel funkciojn por fora agordo de kampaj aparatoj.
Povas ekzisti pluraj Aktivaj Link Schedulers en la reto, garantiante la redundon de la funkcioj enigitaj en ili. En modernaj sistemoj, LAS-funkcioj povas esti efektivigitaj en enirejaparato kiu funkcias kiel protokoltransformilo por kontrolsistemoj konstruitaj sur normo krom Foundation Fieldbus HSE.
Kampobusaj elektrofontoj
La elektra sistemo en la reto H1 ludas ŝlosilan rolon, ĉar por ke la datum-interŝanĝo estu ebla, la tensio en la datumkablo devas esti konservita en la gamo de 9 ĝis 32 V DC. Ĉu kampaparatoj estas funkciigitaj per la datumbuso aŭ per kampa elektroprovizoj, la reto postulas busajn elektroprovizojn.
Tial ilia ĉefa celo estas konservi la postulatajn elektrajn parametrojn sur la buso, kaj ankaŭ funkciigi la aparatojn konektitajn al la reto. Busaj elektroprovizoj devias de konvenciaj elektroprovizoj en tio ke ili havas ekvivalentan produktaĵcirkvitimpedancon ĉe datumtranssendofrekvencoj. Se vi rekte uzas 1 aŭ 12 V elektrofontojn por funkciigi la reton H24, la signalo estos perdita kaj informinterŝanĝo en la buso ne eblos.
Redundaj kampbusaj elektrofontoj FB-PS (asembleo por 4 segmentoj).
Konsiderante la gravecon provizi fidindan buspotencon, la elektroprovizoj por ĉiu retsegmento povas esti redundaj. Phoenix Contact FB-PS elektroprovizoj subtenas Aŭtomatan Aktuala Balancing teknologio. ASV disponigas simetrian ŝarĝon inter energifontoj, kiu havas utilan efikon al iliaj temperaturkondiĉoj kaj finfine kondukas al pliiĝo en ilia funkcidaŭro.
La elektroprovizsistemo H1 estas tipe situanta en la regila kabineto.
Interfacaj aparatoj
Kunligaj aparatoj estas dizajnitaj por ligi grupon de kampaparatoj al la ĉefdatumbuso. Surbaze de la funkcioj, kiujn ili plenumas, ili estas dividitaj en du tipojn: segmentaj protektaj moduloj (Segmentaj Protektiloj) kaj kampaj baroj (Kampaj Barieroj).
Sendepende de la tipo, interfacaj aparatoj protektas la reton kontraŭ mallongaj cirkvitoj kaj superfluoj en elirantaj linioj. Kiam okazas fuŝkontakto, la interfaca aparato blokas la interfacan havenon, malhelpante, ke la fuŝkontakto disvastiĝos tra la sistemo kaj tiel garantiante informinterŝanĝon inter aliaj retaj aparatoj. Post forigo de la kurta cirkvito sur la linio, la antaŭe blokita komunika haveno komencas funkcii denove.
Kampbarieroj aldone disponigas galvanan izolitecon inter ne-espere sekuraj cirkvitoj de la ĉefbuso kaj interne sekuraj cirkvitoj de ligitaj kampaparatoj (branĉoj).
Fizike, interfacaj aparatoj ankaŭ estas de du tipoj - blokaj kaj modulaj. Blokaj interfacaj aparatoj de la FB-12SP-tipo kun segmentprotekta funkcio permesas vin uzi interne sekurajn IC-cirkvitojn por konekti kampajn aparatojn en Zono 2, kaj FB-12SP ISO-kampaj barieroj permesas vin konekti aparatojn en Zonoj 1 kaj 0 uzante interne sekuran IA. cirkvitoj.
FB-12SP kaj FB-6SP-kluĉiloj de Phoenix Contact.
Unu el la avantaĝoj de modulaj aparatoj estas la kapablo grimpi la sistemon elektante la nombron da kanaloj necesaj por konekti kampajn aparatojn. Krome, modulaj aparatoj permesas la kreadon de flekseblaj strukturoj. En unu distribua kabineto eblas kombini segmentajn protektajn modulojn kaj kampajn barojn, tio estas, ligi kampajn aparatojn situantajn en malsamaj eksploddanĝeraj zonoj de unu kabineto. Entute, ĝis 12 du-kanalaj FB-2SP-moduloj aŭ unu-kanalaj FB-ISO-baraj moduloj povas esti instalitaj sur unu buso, tiel konektante de unu kabineto ĝis 24 kampaj aparatoj en Zono 2 aŭ ĝis 12 sensiloj en Zono 1 aŭ 0.
Interfacaj aparatoj povas esti funkciigitaj en larĝa temperaturo kaj estas instalitaj en eksplod-rezistaj enfermaĵoj Ex e, Ex d kun grado de polvo kaj humida protekto de almenaŭ IP54, inkluzive de kiel eble plej proksime al la kontrola objekto.
Elektroprotektaj aparatoj
H1-kampnivelaj retoj povas formi tre longajn segmentojn, kaj komunikadlinioj povas kuri en lokoj kie ekmultiĝoj estas eblaj. Pulsosupertensioj estas komprenataj kiel induktitaj eblaj diferencoj kaŭzitaj de fulmaj malŝarĝoj aŭ fuŝkontaktoj en proksimaj kablolinioj. La induktita tensio, kies grando estas en la ordo de pluraj kilovoltoj, kaŭzas la fluon de malŝarĝaj fluoj de kiloamperoj. Ĉiuj ĉi tiuj fenomenoj okazas ene de mikrosekundoj, sed povas konduki al fiasko de H1-retaj komponentoj. Por protekti ekipaĵon kontraŭ tiaj fenomenoj, necesas uzi SPD. La uzo de SPD-oj anstataŭ konvenciaj trafluaj terminaloj garantias fidindan kaj sekuran funkciadon de la sistemo en malfavoraj kondiĉoj.
La principo de ĝia funkciado baziĝas sur la uzo de kvazaŭ-kurta cirkvito en la nanosekunda gamo por la fluo de malŝarĝaj fluoj en cirkvito kiu uzas elementojn kiuj povas elteni la fluon de fluoj de tia grandeco.
Estas granda nombro da specoj de SPD-oj: unu-kanala, duobla-kanala, kun anstataŭigeblaj ŝtopiloj, kun diversaj specoj de diagnozo - en formo de palpebrulo, seka kontakto. Plej altnivelaj diagnozaj iloj de Phoenix Contact ebligas al vi monitori ŝprucprotektojn per Eterreto-bazitaj ciferecaj servoj. La fabriko de la firmao en Rusio produktas aparatojn atestitajn por uzo en eksplodemaj medioj, inkluzive de Foundation Fieldbus-sistemoj.
Busterministo
La terminatoro plenumas du funkciojn en la reto - ĝi ŝovas la kampabusan kurenton, kiu estiĝas kiel rezulto de signalmodulado kaj malhelpas la signalon esti reflektita de la finoj de la ĉefa linio, tiel malhelpante la aperon de bruo kaj tremo (faza tremo). de la cifereca signalo). Tiel, la terminatoro permesas vin eviti la aperon de malprecizaj datumoj en la reto aŭ la perdon de datumoj entute.
Ĉiu segmento de la H1-reto devas havi du finaĵojn ĉe ĉiu fino de la segmento. Phoenix Contact-busaj elektroprovizoj kaj kupliloj estas ekipitaj per ŝanĝeblaj finaĵoj. La ĉeesto de ekstraj finaĵoj en la reto, ekzemple, pro eraro, signife reduktos la signalnivelon en la interfaclinio.
Informa interŝanĝo inter segmentoj
Informo-interŝanĝo inter kampaparatoj ne estas limigita al unu segmento, sed estas ebla inter malsamaj sekcioj de la reto, kiuj povas esti ligitaj per regilo aŭ Eterreto-bazita entreprenreto. En ĉi tiu kazo, la Foundation Fieldbus HSE-protokolo aŭ pli populara, ekzemple, Modbus TCP, povas esti uzata.
Dum konstruado de HSE-reto, industrikvalitaj ŝaltiloj estas uzataj. La protokolo permesas ringan redundon. En ĉi tiu kazo, indas memori, ke en ringa topologio, ŝaltiloj devas uzi unu el la redundaj protokoloj (RSTP, MRP aŭ Extended Ring Redundancy) depende de la grandeco kaj postulata reto-konverĝa tempo kiam komunikadkanaloj estas rompitaj.
Integriĝo de HSE-bazitaj sistemoj kun triapartaj sistemoj estas ebla uzante OPC-teknologion.
Eksplodrezistaj metodoj
Por krei eksplod-rezistan sistemon, ne sufiĉas esti gvidata nur de la eksplod-rezistaj trajtoj de la ekipaĵo kaj la elekto de ĝia ĝusta loko sur la loko. Ene de la sistemo, ĉiu aparato ne funkcias memstare, sed funkcias ene de ununura reto. En Foundation Fieldbus H1-retoj, informinterŝanĝo inter aparatoj situantaj en malsamaj danĝeraj areoj implikas ne nur la translokigon de datumoj, sed ankaŭ la translokigon de elektra energio. La kvanto de energio kiu estis akceptebla en unu zono eble ne estas akceptebla en alia. Tial, por taksi la eksplodan sekurecon de kamporetoj kaj elekti la optimuman metodon por certigi ĝin, sistema aliro estas uzata. Inter ĉi tiuj metodoj, metodoj por certigi internan sekurecon estas la plej vaste uzataj.
Se temas pri kampbusoj, ekzistas nuntempe pluraj manieroj atingi internan sekurecon: la tradicia IS-bariera metodo, la koncepto FISCO kaj High Power Trunk Technology (HPT).
La unua estas bazita sur la uzo de IS-barieroj kaj efektivigas elprovitan koncepton kiu estis uzita en kontrolsistemoj bazitaj sur 4-20 mA analogaj signaloj. Ĉi tiu metodo estas simpla kaj fidinda, sed limigas la elektroprovizon al kampaj aparatoj en danĝeraj Zonoj 0 kaj 1 ĝis 80 mA. En ĉi tiu kazo, laŭ optimisma prognozo, eblas konekti ne pli ol 4 kampajn aparatojn per segmento kun konsumo de 20 mA, sed praktike ne pli ol 2. En ĉi tiu kazo, la sistemo perdas ĉiujn avantaĝojn kiuj ekzistas. en Foundation Fieldbus kaj fakte kondukas al punkto-al-punkta topologio, kiam konekti grandan nombron da kampo aparatoj, la sistemo devas esti dividita en multaj segmentoj. Ĉi tiu metodo ankaŭ signife limigas la longon de la ĉefa kablo kaj branĉoj.
La koncepto FISCO estis evoluigita fare de la "Nacia Metrologia Instituto de Germanio" kaj poste estis inkludita en la IEC-normoj, kaj tiam en GOST. Por certigi la internan sekurecon de la kamporeto, la koncepto implikas la uzon de komponentoj kiuj renkontas certajn restriktojn. Similaj restriktoj estas formulitaj por elektrofontoj laŭ eligo-potenco, por kampaparatoj laŭ elektrokonsumo kaj induktanco, por kabloj laŭ rezisto, kapacitanco kaj induktanco. Tiaj limigoj ŝuldiĝas al la fakto, ke kapacivaj kaj induktaj elementoj povas amasigi energion, kiu en kriz-reĝimo, en kazo de damaĝo al iu ajn elemento de la sistemo, povas esti liberigita kaj kaŭzi sparkan senŝargiĝon. Krome, la koncepto malpermesas la uzon de redundo en la busa elektrosistemo.
FISCO disponigas pli grandan kurenton por funkciigi aparatojn en danĝeraj areoj kompare kun la kampa bariera metodo. 115 mA haveblas ĉi tie, kiu povas esti uzata por funkciigi 4-5 aparatojn en la segmento. Tamen, ekzistas ankaŭ restriktoj sur la longo de la ĉefa kablo kaj branĉoj.
High Power Trunk-teknologio estas nuntempe la plej ofta interna sekurecteknologio en Foundation Fieldbus-retoj ĉar ĝi eliminas la malavantaĝojn kiuj ekzistas en barier-protektitaj aŭ FISCO-retoj. Kun la uzo de HPT, eblas atingi la limon de kampaj aparatoj en retsegmento.
La teknologio ne limigas la elektrajn parametrojn de la reto, kie tio ne estas necesa, ekzemple sur spina komunika linio, kie ne necesas prizorgado kaj anstataŭigo de ekipaĵo. Por konekti kampajn aparatojn situantajn en eksplodema zono, estas uzataj interfacaj aparatoj kun funkcieco de kampaj baroj, kiuj limigas la elektrajn parametrojn de la reto por funkciigi la sensilojn kaj situas rekte apud la kontrolobjekto. En ĉi tiu kazo, la speco de eksplodprotekto Ex e (pliigita protekto) estas uzata tra la tuta segmento.
fonto: www.habr.com