Foundation Fieldbus automatizazioan Profibus, Modbus edo HART-ekin batera erabiltzen den komunikazio-sistema digitala da. Teknologia lehiakideek baino zertxobait beranduago agertu zen: estandarraren lehen edizioa 1996koa da eta gaur egun sareko parte-hartzaileen arteko informazioa trukatzeko bi protokolo biltzen ditu: H1 eta HSE (Abiadura Handiko Ethernet).
H1 protokoloa sentsore eta kontrolagailu mailetan informazioa trukatzeko erabiltzen da, eta bere sarea IEC 61158-2 geruza fisikoaren estandarrean oinarritzen da, 31,25 kbit/s-ko datu-transferentzia-tasa ahalbidetzen duena. Kasu honetan, datu-busetik eremuko gailuei energia hornitzea posible da. HSE sarea abiadura handiko Ethernet sareetan oinarritzen da (100/1000 Mbit/s) eta kontrolagailuen eta enpresen kudeaketa sistemen mailan prozesuen kontrol sistema automatizatuko sare bat eraikitzeko erabiltzen da.
Teknologia edozein industria-instalaziorako prozesu automatizatuen kontrol-sistemak eraikitzeko aplikagarria da, baina petrolio- eta gas-industriako eta industria kimikoko enpresetan dago hedatuta.
Teknologia gaitasunak
Foundation Fieldbus sentsore analogikoetan oinarritutako kontrol sistema automatizatuen eredu tradizionalaren alternatiba gisa garatu zen eta abantaila ugari ditu bai eredu tradizionalaren eta Profibus edo HARTen oinarritutako sistema digitalekiko.
Abantaila nagusietako bat sistemen fidagarritasun eta akatsen tolerantzia maila altua da H1, bi faktoreren ondorioz lortzen dena:
- gailu adimendunak (sentsoreak eta eragingailuak) erabiltzea eremu mailan;
- eremu-mailako gailuen artean informazio-trukea zuzenean antolatzeko gaitasuna kontroladore baten parte-hartzerik gabe.
Eremuko gailuen adimena kontrolagailuan inplementatzen diren kontrol eta informazioa prozesatzeko algoritmoak ezartzeko gaitasunean datza. Praktikan, honek sistemak funtzionatzen jarraitzea ahalbidetzen du kontrolagailuak huts egiten badu ere. Honek eremuko gailuak behar bezala konfiguratu behar dira eta eremu-buseko elikadura-iturri fidagarria hornitu behar da.
Kontrol-sistemaren digitalizaziotik eta sentsore adimendunen erabileratik eratorritako abantaila gehigarriak eremuko gailu bakoitzetik neurketaz harago datu gehiago lortzeko gaitasuna dira, azken finean, sistema analogiko tradizionaletan seinalearen sarrera/irteera sistemara mugatzen den prozesuaren monitorizazioaren esparrua zabalduz. . .
H1 sarean bus topologia erabiltzeak kable-lineen luzera, instalazio-lanen kopurua murriztea eta kontrol-sistemetan ekipamendu osagarrien erabilera ezabatzea ahalbidetzen du: sarrera/irteera moduluak, elikadura-iturri eta eremu arriskutsuetan - txinparta babesteko hesiak.
H1-k 4-20 mA-ko sentsoreen komunikazio-kableak erabiltzea ahalbidetzen du, kontrol-sistema zaharragoak berritzean erabil daitezkeenak. Berezko segurtasun-printzipioak erabiltzeari esker, teknologia aktiboki erabiltzen da ingurune lehergarrietan. Estandarizazioak berak fabrikatzaile ezberdinen ekipamenduen trukagarritasuna eta bateragarritasuna bermatzen du, eta atebide-gailuei esker, landa-gailuen sare bat eta Ethernet-en eraikitako enpresen kontrol-sistema industrialaren sare bat konektatzea posible da.
Foundation Fieldbus H1 Profibus PA sistemen antzekoena da. Bi teknologiak geruza fisikoko estandar berean oinarritzen dira, beraz, sistema hauek datu-transferentzia-tasa berdinak dituzte, Manchester kodeketaren erabilera, komunikazio-lerroaren parametro elektrikoak, transmititutako potentzia posiblea eta sare batean onartzen den kablearen gehienezko luzera. zatia (1900 m). Era berean, bi sistemetan gehienez 4 errepikagailu erabil daitezke, eta horregatik segmentuaren luzera dagoeneko 9,5 km-ra irits daiteke. Ohikoak dira kontrol-sisteman sare-topologia posibleak, baita segurtasun intrintsekoa bermatzeko printzipioak ere.
Sistemaren osagaiak
Foundation Fieldbus H1 sarearen elementu nagusiak hauek dira:
- kontrol deszentralizatuko sistema (DCS) kontrolatzailea;
- Fieldbus elikadura-hornidurak;
- bloke edo interfaze modular gailuak;
- autobus amaierak;
- eremuko gailu adimendunak.
Sistemak atebide-gailuak (Linking Device), protokolo-bihurgailuak, SPD eta errepikagailuak ere izan ditzake.
Sarearen topologia
H1 sareko kontzeptu garrantzitsu bat segmentu kontzeptua da. Komunikazio-lerro nagusi bat da (Trunk), bertatik hedatzen diren adarrak (Spur), zeinari landa-gailuak konektatuta daude. Enbor kablea autobusaren elikadura iturrian hasten da eta normalean azken interfaze-gailuan amaitzen da. Kontroladorearen eta eremuko gailuen arteko komunikaziorako lau topologia mota onartzen dira: puntuz puntu, begizta, busa eta zuhaitza. Segmentu bakoitza topologia bereizi bat erabiliz edo haien konbinazioak erabiliz eraiki daiteke.
Puntutik puntuko topologia batekin, eremuko gailu bakoitza zuzenean kontrolagailura konektatzen da. Kasu honetan, konektatutako eremu-gailu bakoitzak bere sare-segmentua osatzen du. Topologia hau deserosoa da, Foundation Fieldbus-en berezko abantaila ia guztiak sistemari kentzen dizkiolako. Interfaze gehiegi daude kontrolagailuan, eta eremuko gailuak datu-busetik elikatzeko, komunikazio-lerro bakoitzak bere eremu-buseko elikadura-hornidura izan behar du. Komunikazio-lerroen luzera luzeegia da, eta gailuen arteko informazio-trukea kontrolagailuaren bidez bakarrik egiten da, eta horrek ez du onartzen H1 sistemen akatsen tolerantzia handiko printzipioa erabiltzea.
Begizta topologiak eremuko gailuen elkarren artean serieko konexioa dakar. Hemen, eremuko gailu guztiak segmentu batean konbinatzen dira, eta horrek baliabide gutxiago erabiltzea ahalbidetzen du. Hala ere, topologia honek desabantailak ere baditu; lehenik eta behin, beharrezkoa da bitarteko sentsoreetako baten hutsegiteak besteekiko komunikazioa galtzea ekarriko ez duten metodoak ematea. Beste eragozpen bat komunikazio-lerroan zirkuitu labur baten aurkako babesik ez izateak azaltzen du, segmentuan informazio-trukea ezinezkoa izango baita.
Beste bi sare-topologiak dute fidagarritasun eta praktikotasun handiena: bus eta zuhaitz-topologia, zeinak praktikan aurkitu duten banaketa handiena H1 sareak eraikitzean. Topologia hauen atzean dagoen ideia interfaze gailuak erabiltzea da eremuko gailuak bizkarrezurrari konektatzeko. Akoplatze-gailuek eremu-gailu bakoitza bere interfazera konektatzea ahalbidetzen dute.
Sarearen ezarpenak
H1 sare bat eraikitzerakoan galdera garrantzitsuak bere parametro fisikoak dira: zenbat eremu-gailu erabil daitezkeen segmentu batean, zein den segmentu baten gehienezko luzera, zenbat luze izan daitezkeen adarrak. Galdera hauen erantzuna eremuko gailuen elikadura-hornidura eta energia-kontsumo motaren araberakoa da, eta eremu arriskutsuetarako, berezko segurtasuna bermatzeko metodoen araberakoa da.
Segmentu bateko eremuko gailuen gehienezko kopurua (32) tokian tokiko iturrietatik elikatzen badira eta berezko segurtasuna erabilgarri ez badago soilik lor daiteke. Sentsoreak eta eragingailuak datu-busetik elikatzen direnean, gailuen gehienezko kopurua 12 edo txikiagoa izan daiteke segurtasun intrintseko metodoen arabera.
Eremu-gailuen kopurua elikatze-metodoarekiko eta berezko segurtasuna bermatzeko metodoekiko menpekotasuna.
Sare-segmentuaren luzera erabilitako kable motaren arabera zehazten da. 1900 m-ko gehieneko luzera lortzen da A motako kablea erabiltzean (pare bikoiztua blindajearekin). D motako kablea erabiltzen denean (ez birrindutako nukleo anitzeko kablea ezkutu arrunt batekin) - 200 m bakarrik Segmentu baten luzera kable nagusiaren eta haren adar guztien batura bezala ulertzen da.
Segmentuaren luzera kable motaren menpekotasuna.
Adarren luzera sareko segmentuko gailu kopuruaren araberakoa da. Beraz, gailu kopurua 12ra arte, 120 m-koa da gehienez. Segmentu batean 32 gailu erabiltzean, adarren gehienezko luzera 1 m baino ez izango da. Eremuko gailuak begizta batekin konektatzean, gailu gehigarri bakoitza. adarraren luzera 30 m murrizten du.
Kable nagusitik adarren luzeraren menpekotasuna segmentuko eremuko gailu kopuruaren arabera.
Faktore hauek guztiek zuzenean eragiten dute sistemaren egituran eta topologian. Sarearen diseinu-prozesua bizkortzeko, software pakete bereziak erabiltzen dira, hala nola FieldComm Group-eko DesignMate edo Phoenix Contact-eko Fieldbus Network Planner. Programek H1 sarearen parametro fisikoak eta elektrikoak kalkulatzeko aukera ematen dute, izan daitezkeen murrizketa guztiak kontuan hartuta.
Sistemaren osagaien helburua
Controller
Kontrolatzailearen zeregina Link Active Scheduler (LAS) funtzioak ezartzea da, zerbitzu-mezuak bidaliz sarea kudeatzen duen gailu nagusia. LASek sareko parte-hartzaileen arteko informazio-trukea abiarazten du aurreikusitako (programatutako) edo programatu gabeko mezuekin, gailu guztiak diagnostikatzen eta sinkronizatzen ditu.
Horrez gain, kontroladoreak eremuko gailuen helbideratze automatikoaz arduratzen da eta atebide-gailu gisa jokatzen du, kontrol-sistemaren goiko mailarekin komunikaziorako Ethernet interfaze bat eskaintzen du Foundation Fieldbus HSE edo beste komunikazio-protokolo batean oinarrituta. Sistemaren goiko mailan, kontrolagailuak operadorearen monitorizazio eta kontrol funtzioak eskaintzen ditu, baita eremuko gailuen urruneko konfiguraziorako funtzioak ere.
Sarean hainbat Active Link Schedulers egon daitezke, bertan txertatutako funtzioen erredundantzia bermatuz. Sistema modernoetan, LAS funtzioak Foundation Fieldbus HSE ez den beste estandar batean eraikitako protokolo-bihurgailu gisa jarduten duen atebideko gailu batean inplementa daitezke.
Fieldbus elikadura-iturria
H1 sareko elikatze-sistemak funtsezko eginkizuna betetzen du, izan ere, datu-trukea posible izan dadin, datu-kablearen tentsioa 9 eta 32 V DC arteko tartean mantendu behar da. Eremuko gailuak datu-busez edo eremuko elikatze-iturriz elikatzen diren ala ez, sareak bus-hornidurak behar ditu.
Hori dela eta, haien helburu nagusia autobusean beharrezkoak diren parametro elektrikoak mantentzea da, baita sarera konektatuta dauden gailuak elikatzea ere. Bus elikadura-iturri ohiko elikadura-iturrietatik bereizten dira, datu-transmisio-maiztasunetan irteera-zirkuituaren inpedantzia dutelako. H1 sarea elikatzeko 12 edo 24 V-ko elikadura iturriak zuzenean erabiltzen badituzu, seinalea galduko da eta ezin izango da autobusean informazioa trukatzea.
Fieldbus elikadura erredundanteak FB-PS (4 segmenturako muntaia).
Bus potentzia fidagarria ematearen garrantzia kontuan hartuta, sare-segmentu bakoitzeko elikadura-iturri erredundanteak izan daitezke. Phoenix Contact FB-PS elikatze-hornigaiek Auto Current Balancing teknologia onartzen dute. ASV-k energia iturrien arteko karga simetrikoa eskaintzen du, eta horrek eragin onuragarria du haien tenperatura-baldintzetan eta, azken finean, haien bizitza-bizitza handitzea dakar.
H1 elikatze-sistema normalean kontrolagailuen armairuan dago.
Interfaze gailuak
Akoplamendu gailuak eremuko gailu talde bat datu-bus nagusira konektatzeko diseinatuta daude. Egiten dituzten funtzioen arabera, bi motatan banatzen dira: segmentuen babes-moduluak (Segment Babesleak) eta eremu-hesiak (Field Barres).
Mota edozein dela ere, interfaze-gailuek sarea babesten dute irteerako lineetako zirkuitu laburretatik eta gainkorronteetatik. Zirkuitu labur bat gertatzen denean, interfaze-gailuak interfazearen ataka blokeatzen du, zirkuitu laburra sistema osoan zabaltzea eragozten du eta, horrela, sareko beste gailuen arteko informazio-trukea bermatzen du. Linean zirkuitu laburra kendu ondoren, aurrez blokeatutako komunikazio ataka berriro funtzionatzen hasten da.
Eremu-hesiek, gainera, isolamendu galbanikoa eskaintzen dute bus nagusiko berez seguruak ez diren zirkuituen eta konektatutako eremuko gailuen (adarrak) barnekoki seguruen artean.
Fisikoki, interfaze-gailuak ere bi motatakoak dira: blokekoak eta modularrak. FB-12SP motako bloke-interfazeko gailuek segmentuen babeserako funtzionaltasuna duten IC zirkuitu intrintsekoki seguruak erabiltzeko aukera ematen dute 2. Zonako eremuko gailuak konektatzeko, eta FB-12SP ISO eremuko oztopoek 1. eta 0. guneetako gailuak konektatzeko aukera ematen dute berezko segurua den IA erabiliz. zirkuituak.
Phoenix Contact-en FB-12SP eta FB-6SP akoplagailuak.
Gailu modularren abantailetako bat sistema eskalatzeko gaitasuna da, eremuko gailuak konektatzeko behar diren kanal kopurua hautatuz. Gainera, gailu modularrek egitura malguak sortzea ahalbidetzen dute. Banaketa-armairu batean segmentu babesteko moduluak eta eremu-hesiak konbinatu daitezke, hau da, armairu batetik leherketa arrisku-eremu ezberdinetan kokatutako eremuko gailuak konektatzeko. Guztira, gehienez 12 kanal bikoitzeko FB-2SP modulu edo kanal bakarreko FB-ISO hesi-modulu instalatu daitezke bus batean, eta horrela armairu batetik 24 eremuko gailuetara konektatu daitezke 2. Zonan edo 12 sentsore arte. 1.
Interfaze gailuak tenperatura-tarte zabalean funtziona daitezke eta leherketa-frogaren aurkako itxituretan instalatzen dira Ex e, Ex d hautsaren eta hezetasunaren babes-mailarekin gutxienez IP54, kontrol-objektutik ahalik eta hurbilen barne.
Gainetik babesteko gailuak
H1 eremu-mailako sareek oso segmentu luzeak osa ditzakete, eta komunikazio-lerroek gorakada gorakadak posible diren lekuetan ibil daitezke. Pultsu-gaintentsioak inguruko kable-lineetan tximista-deskargak edo zirkuitulaburrak eragindako potentzial-diferentziak bezala ulertzen dira. Tentsio induzituak, zeinaren magnitudea hainbat kilovoltoren ordenakoa, kiloampereren deskarga-korronteen fluxua eragiten du. Fenomeno horiek guztiak mikrosegundotan gertatzen dira, baina H1 sareko osagaien porrota ekar dezakete. Ekipoak horrelako fenomenoetatik babesteko, beharrezkoa da SPD bat erabiltzea. SPDak ohiko bidezko terminalen ordez erabiltzeak sistemaren funtzionamendu fidagarria eta segurua bermatzen du baldintza kaltegarrietan.
Bere funtzionamenduaren printzipioa nanosegundoko tarteko zirkuitu ia-labur baten erabileran oinarritzen da deskarga-korronteen fluxurako, tamaina horretako korronteen fluxua jasan dezaketen elementuak erabiltzen dituen zirkuitu batean.
SPD mota ugari daude: kanal bakarrekoa, kanal bikoitza, ordezka daitezkeen entxufeekin, hainbat diagnostiko motarekin - keinu moduan, kontaktu lehorra. Phoenix Contact-en punta-puntako diagnostiko tresnei esker, gainbeherak kontrola ditzakezu Ethernet-en oinarritutako zerbitzu digitalak erabiliz. Konpainiak Errusian duen lantegiak ingurune lehergarrietan erabiltzeko ziurtatutako gailuak ekoizten ditu, Foundation Fieldbus sistemak barne.
Autobusaren amaiera
Terminatzaileak bi funtzio betetzen ditu sarean: eremu-busaren korrontea desiratzen du, seinalearen modulazioaren ondorioz sortzen dena eta seinalea linea nagusiaren muturretatik islatzea eragozten du, eta horrela zarata eta jitter agertzea saihesten du (fase-jitter). seinale digitalarena). Horrela, amaieratzaileak sarean datu okerrak agertzea edo datuak guztiz galtzea saihesteko aukera ematen du.
H1 sareko segmentu bakoitzak bi amaiera izan behar ditu segmentuaren mutur bakoitzean. Phoenix Contact bus elikadura-hornidurak eta akoplagailuak etengailu aldagarriez hornituta daude. Sarean amaitzaile gehigarriak egoteak, adibidez, errore baten ondorioz, nabarmen murriztuko du interfaze-lerroko seinale-maila.
Segmentuen arteko informazio-trukea
Eremuko gailuen arteko informazio-trukea ez da segmentu batera mugatzen, sareko atal ezberdinen artean posible da, kontrolagailu edo Ethernet-en oinarritutako enpresa-sare baten bidez konekta daitezkeenak. Kasu honetan, Foundation Fieldbus HSE protokoloa edo ezagunagoa den beste bat, adibidez, Modbus TCP, erabil daiteke.
HSE sare bat eraikitzean, industria-mailako etengailuak erabiltzen dira. Protokoloak eraztunaren erredundantzia ahalbidetzen du. Kasu honetan, komeni da gogoratzea eraztun-topologian, etengailuek erredundantzia-protokoloetako bat erabili behar dutela (RSTP, MRP edo Extended Ring Redundancy) komunikazio-kanalak hautsita daudenean sarearen konbergentzia-denboraren eta tamainaren arabera.
HSEn oinarritutako sistemak hirugarrenen sistemekin integratzea posible da OPC teknologia erabiliz.
Leherketaren aurkako metodoak
Leherketa-froga sistema bat sortzeko, ez da nahikoa ekipoen leherketa-froga ezaugarriak eta tokian toki egokia aukeratzea soilik gidatzea. Sistemaren barruan, gailu bakoitzak ez du bere kabuz funtzionatzen, sare bakarrean baizik. Foundation Fieldbus H1 sareetan, eremu arriskutsu desberdinetan kokatutako gailuen arteko informazio-trukeak datuen transferentzia ez ezik, energia elektrikoaren transferentzia ere dakar. Zona batean onargarria zen energia kantitatea beste batean onargarria ez izatea. Hori dela eta, eremu-sareen leherketa-segurtasuna ebaluatzeko eta hori ziurtatzeko metodo egokiena hautatzeko, ikuspegi sistematiko bat erabiltzen da. Metodo horien artean, berezko segurtasuna bermatzeko metodoak dira gehien erabiltzen direnak.
Fieldbusei dagokienez, gaur egun hainbat modu daude berezko segurtasuna lortzeko: IS hesiaren metodo tradizionala, FISCO kontzeptua eta High Power Trunk Technology (HPT).
Lehenengoa IS hesien erabileran oinarritzen da eta 4-20 mAko seinale analogikoetan oinarritutako kontrol-sistemetan erabili den kontzeptu frogatua ezartzen du. Metodo hau sinplea eta fidagarria da, baina 0 eta 1 eta 80 mA arteko eremu arriskutsuetako eremuko gailuetara elikadura hornidura mugatzen du. Kasu honetan, aurreikuspen baikor baten arabera, posible da 4 mA-ko kontsumoarekin segmentu bakoitzeko 20 eremuko gailu baino gehiago konektatzea, baina praktikan 2 baino gehiago ez. Kasu honetan, sistemak dauden abantaila guztiak galtzen ditu. Foundation Fieldbus-en eta benetan puntuz puntuko topologia batera eramaten du, eremuko gailu ugari konektatzeko orduan, sistema segmentu askotan banatu behar da. Metodo honek ere nabarmen mugatzen du kable nagusiaren eta adarren luzera.
FISCO kontzeptua "Alemaniako Metrologia Institutu Nazionalak" garatu zuen eta gero IEC estandarretan sartu zen, eta gero GOSTen. Eremu-sarearen berezko segurtasuna bermatzeko, kontzeptuak murrizketa batzuk betetzen dituzten osagaiak erabiltzea dakar. Antzeko murrizketak formulatzen dira elikadura-iturrientzat irteerako potentziari dagokionez, eremuko gailuetarako potentzia-kontsumoari eta induktantziari dagokionez, kableetarako erresistentziari, kapazitateari eta induktantziari dagokionez. Murrizketak elementu kapazitiboek eta induktiboek energia pila dezaketelako gertatzen dira, eta larrialdi moduan, sistemaren edozein elementuri kalterik eginez gero, askatu eta txinparta isurtzea eragin dezakete. Horrez gain, kontzeptuak debekatu egiten du erredundantzia erabiltzea autobusen energia sisteman.
FISCOk korronte handiagoa eskaintzen du eremu arriskutsuetan gailuak elikatzeko, eremu-hesiaren metodoarekin alderatuta. 115 mA eskuragarri dago hemen, segmentuko 4-5 gailu elikatzeko erabil daitekeena. Hala ere, kable nagusiaren eta adarren luzeran murrizketak ere badaude.
High Power Trunk teknologia gaur egun Foundation Fieldbus sareetan ohikoena den segurtasun intrintseko teknologia da, ez dituelako oztopoz babestutako edo FISCO sareetan dauden desabantailak. HPT erabiltzearekin, sareko segmentu batean eremuko gailuen muga lortzea posible da.
Teknologiak ez ditu sarearen parametro elektrikoak mugatzen hori beharrezkoa ez den lekuetan, adibidez, bizkarrezurreko komunikazio-lerro batean, non ekipamenduen mantentze- eta ordezkapen-beharrik ez dagoen. Eremu lehergarri batean kokatutako eremuko gailuak konektatzeko, eremuko oztopoen funtzionaltasuna duten interfaze-gailuak erabiltzen dira, sentsoreak elikatzeko sarearen parametro elektrikoak mugatzen dituztenak eta kontrol-objektuaren ondoan kokatuta daudenak. Kasu honetan, Ex e (babes handiagoa) leherketa-babes mota erabiltzen da segmentu osoan zehar.
Iturria: www.habr.com