Foundation Fieldbus minangka sistem komunikasi digital sing digunakake ing otomatisasi bebarengan karo Profibus, Modbus utawa HART. Teknologi kasebut katon luwih cepet tinimbang para pesaing: edisi pisanan standar kasebut wiwit taun 1996 lan saiki kalebu rong protokol kanggo ijol-ijolan informasi antarane peserta jaringan - H1 lan HSE (High Speed Ethernet).
Protokol H1 digunakake kanggo ijol-ijolan informasi ing tingkat sensor lan controller, lan jaringan kasebut adhedhasar standar lapisan fisik IEC 61158-2, ngidini tingkat transfer data 31,25 kbit / s. Ing kasus iki, sampeyan bisa nyuplai daya menyang piranti lapangan saka bus data. Jaringan HSE adhedhasar jaringan Ethernet kanthi kacepetan dhuwur (100/1000 Mbit/s) lan digunakake kanggo mbangun jaringan sistem kontrol proses otomatis ing tingkat pengontrol lan sistem manajemen perusahaan.
Teknologi kasebut ditrapake ing pambangunan sistem kontrol proses otomatis kanggo fasilitas industri apa wae, nanging paling umum ing perusahaan ing industri minyak lan gas lan industri kimia.
Kapabilitas teknologi
Foundation Fieldbus dikembangake minangka alternatif kanggo model tradisional sistem kontrol otomatis adhedhasar sensor analog lan duwe sawetara kaluwihan saka loro model tradisional lan sistem digital adhedhasar Profibus utawa HART.
Salah sawijining kaluwihan utama yaiku tingkat linuwih lan toleransi kesalahan sistem H1, sing digayuh amarga rong faktor:
- nggunakake piranti cerdas (sensor lan aktuator) ing tingkat lapangan;
- kemampuan kanggo ngatur pertukaran informasi langsung antarane piranti tingkat lapangan tanpa partisipasi controller.
Kecerdasan piranti lapangan dumunung ing kemampuan kanggo ngleksanakake kontrol lan algoritma pangolahan informasi sing sacara tradisional dileksanakake ing controller. Ing laku, iki ngidini sistem kanggo terus operasi sanajan controller gagal. Iki mbutuhake piranti lapangan dikonfigurasi kanthi tepat lan pasokan listrik fieldbus sing dipercaya.
Keuntungan tambahan sing ditemokake saka digitalisasi sistem kontrol lan panggunaan sensor cerdas kalebu kemampuan kanggo njupuk data luwih akeh ngluwihi pangukuran saka saben piranti lapangan, pungkasane ngembangake ruang lingkup pemantauan proses sing ing sistem analog tradisional diwatesi karo sistem input / output sinyal. ..
Panggunaan topologi bus ing jaringan H1 ndadekake bisa nyuda dawa garis kabel, jumlah karya instalasi, lan ngilangi panggunaan peralatan tambahan ing sistem kontrol: modul input / output, pasokan listrik, lan ing wilayah sing mbebayani - alangan pangayoman spark.
H1 ngidini nggunakake kabel komunikasi sensor 4-20 mA, sing bisa digunakake nalika nganyarke sistem kontrol lawas. Thanks kanggo nggunakake prinsip safety intrinsik, teknologi kasebut aktif digunakake ing lingkungan sing mbledhos. Standardisasi dhewe njamin interchangeability lan kompatibilitas peralatan saka manufaktur beda, lan thanks kanggo piranti gateway bisa antarmuka jaringan piranti lapangan lan jaringan sistem kontrol industri Enterprises dibangun ing Ethernet.
Foundation Fieldbus H1 paling padha karo sistem Profibus PA. Kaloro teknologi kasebut adhedhasar standar lapisan fisik sing padha, mula sistem kasebut duwe tingkat transfer data sing padha, panggunaan kode Manchester, paramèter listrik saka saluran komunikasi, jumlah daya sing bisa ditularake, lan dawa kabel maksimal sing diidini ing jaringan. bagean (1900 m). Kajaba iku, ing loro sistem bisa nggunakake nganti 4 repeater, kang dawa bagean bisa tekan 9,5 km. Topologi jaringan sing bisa ditindakake ing sistem kontrol, uga prinsip kanggo njamin keamanan intrinsik, umume.
Komponen Sistem
Elemen utama jaringan Foundation Fieldbus H1 yaiku:
- pengontrol sistem kontrol desentralisasi (DCS);
- sumber daya fieldbus;
- piranti antarmuka blok utawa modular;
- terminator bis;
- piranti lapangan cerdas.
Sistem uga bisa ngemot piranti gateway (Linking Device), konverter protokol, SPD lan repeater.
Topologi jaringan
Konsep penting ing jaringan H1 yaiku konsep segmen. Iki minangka jalur komunikasi utama (Trunk), kanthi cabang sing ngluwihi (Spur), sing nyambungake piranti lapangan. Kabel trunk diwiwiti ing sumber daya bis lan biasane rampung ing piranti antarmuka pungkasan. Sekawan jinis topologi diijini kanggo komunikasi antarane controller lan piranti lapangan: point-to-point, loop, bus lan tree. Saben segmen bisa dibangun kanthi nggunakake topologi sing kapisah utawa nggunakake kombinasi.
Kanthi topologi point-to-point, saben piranti lapangan disambungake langsung menyang controller. Ing kasus iki, saben piranti lapangan sing disambungake nggawe segmen jaringan dhewe. Topologi iki ora trep amarga nyuda sistem meh kabeh kaluwihan sing ana ing Foundation Fieldbus. Ana akeh banget antarmuka ing controller, lan kanggo nguwasani piranti lapangan saka bus data, saben baris komunikasi kudu duwe sumber daya bis lapangan dhewe. Dawane garis komunikasi dadi dawa banget, lan pertukaran informasi antarane piranti ditindakake mung liwat pengontrol, sing ora ngidini nggunakake prinsip toleransi kesalahan dhuwur saka sistem H1.
Topologi loop nuduhake sambungan serial piranti lapangan kanggo saben liyane. Ing kene, kabeh piranti lapangan digabungake dadi siji segmen, sing ngidini panggunaan sumber daya sing luwih sithik. Nanging, topologi iki uga duwe kekurangan - pisanan, perlu kanggo nyedhiyakake metode sing gagal salah sawijining sensor perantara ora bakal nyebabake komunikasi karo wong liya. Kelemahan liyane diterangake kanthi kekurangan proteksi marang sirkuit cendhak ing jalur komunikasi, ing ngendi ijol-ijolan informasi ing segmen kasebut ora mungkin.
Loro topologi jaringan liyane duwe linuwih lan kepraktisan paling gedhe - topologi bus lan wit, sing nemokake distribusi paling gedhe ing praktik nalika mbangun jaringan H1. Gagasan ing mburi topologi kasebut yaiku nggunakake piranti antarmuka kanggo nyambungake piranti lapangan menyang backbone. Piranti kopling ngidini saben piranti lapangan disambungake menyang antarmuka dhewe.
Setelan jaringan
Pitakonan penting nalika mbangun jaringan H1 yaiku paramèter fisik - pira piranti lapangan sing bisa digunakake ing segmen, apa dawa maksimum segmen, suwene cabang bisa. Jawaban kanggo pitakonan kasebut gumantung saka jinis sumber daya lan konsumsi energi piranti lapangan, lan kanggo wilayah sing mbebayani, cara kanggo njamin keamanan intrinsik.
Jumlah maksimum piranti lapangan ing bagean (32) mung bisa digayuh yen didhukung saka sumber lokal ing situs lan yen safety intrinsik ora kasedhiya. Nalika nguwasani sensor lan aktuator saka bus data, jumlah maksimum piranti mung 12 utawa kurang gumantung saka cara safety intrinsik.
Katergantungan jumlah piranti lapangan ing cara sumber daya lan cara kanggo njamin keamanan intrinsik.
Dawane segmen jaringan ditemtokake dening jinis kabel sing digunakake. Dawane maksimal 1900 m bisa digayuh nalika nggunakake kabel tipe A (pasangan bengkong kanthi tameng). Nalika nggunakake kabel jinis D (ora bengkong kabel multicore karo tameng umum) - mung 200 m Dawane bagean dipahami minangka jumlah saka dawa kabel utama lan kabeh cabang saka iku.
Katergantungan dawa segmen ing jinis kabel.
Dawane cabang gumantung saka jumlah piranti ing segmen jaringan. Dadi, kanthi jumlah piranti nganti 12, iki maksimal 120 m. Nalika nggunakake 32 piranti ing bagean, dawa maksimum cabang mung 1 m. Nalika nyambungake piranti lapangan kanthi loop, saben piranti tambahan nyuda dawa cabang kanthi 30 m.
Katergantungan dawa cabang saka kabel utama ing jumlah piranti lapangan ing babagan.
Kabeh faktor kasebut langsung mengaruhi struktur lan topologi sistem. Kanggo nyepetake proses desain jaringan, paket piranti lunak khusus digunakake, kayata DesignMate saka FieldComm Group utawa Fieldbus Network Planner saka Phoenix Contact. Program ngidini sampeyan ngetung paramèter fisik lan listrik saka jaringan H1, njupuk kabeh watesan sing bisa ditindakake.
Tujuan saka komponen sistem
Controller
Tugas pengontrol yaiku ngleksanakake fungsi Link Active Scheduler (LAS) - piranti utama sing ngatur jaringan kanthi ngirim pesen layanan. LAS miwiti ijol-ijolan informasi antarane peserta jaringan karo pesen ngrancang (dijadwal) utawa unscheduled, diagnosa lan nyinkronake kabeh piranti.
Kajaba iku, controller tanggung jawab kanggo alamat otomatis piranti lapangan lan tumindak minangka piranti gateway, nyediakake antarmuka Ethernet kanggo komunikasi karo tingkat ndhuwur sistem kontrol adhedhasar Foundation Fieldbus HSE utawa protokol komunikasi liyane. Ing tingkat ndhuwur sistem, controller nyedhiyakake fungsi ngawasi lan kontrol operator, uga fungsi kanggo konfigurasi remot piranti lapangan.
Bisa uga ana sawetara Penjadwal Link Aktif ing jaringan, njamin redundansi fungsi sing dipasang ing jaringan kasebut. Ing sistem modern, fungsi LAS bisa dileksanakake ing piranti gateway sing tumindak minangka converter protokol kanggo sistem kontrol dibangun ing standar liyane saka Foundation Fieldbus HSE.
sumber daya Fieldbus
Sistem sumber daya ing jaringan H1 nduweni peran penting, amarga supaya pertukaran data bisa, tegangan ing kabel data kudu dijaga ing kisaran 9 nganti 32 V DC. Apa piranti lapangan didhukung dening bis data utawa pasokan listrik lapangan, jaringan kasebut mbutuhake pasokan listrik bis.
Mulane, tujuan utamane yaiku kanggo njaga paramèter listrik sing dibutuhake ing bis, uga daya piranti sing disambungake menyang jaringan. Penyetor listrik bis beda karo pasokan listrik konvensional amarga duwe impedansi sirkuit output sing cocog ing frekuensi transmisi data. Yen sampeyan langsung nggunakake 1 utawa 12 V daya Penyetor kanggo daya jaringan H24, sinyal bakal ilang lan ijol-ijolan informasi ing bis ora bisa.
Pasokan listrik fieldbus keluwih FB-PS (ngrakit kanggo 4 perangan).
Amarga pentinge nyedhiyakake daya bis sing bisa dipercaya, pasokan listrik kanggo saben segmen jaringan bisa keluwih. Phoenix Contact FB-PS power supply ndhukung teknologi Auto Current Balancing. ASV nyedhiyakake beban simetris ing antarane sumber daya, sing nduwe pengaruh sing migunani ing kahanan suhu lan pungkasane nambah umur layanan.
Sistem sumber daya H1 biasane ana ing kabinet pengontrol.
Piranti antarmuka
Piranti kopling dirancang kanggo nyambungake klompok piranti lapangan menyang bus data utama. Adhedhasar fungsi sing ditindakake, dipérang dadi rong jinis: modul proteksi segmen (Pelindung Segmen) lan alangan lapangan (Barriers Field).
Preduli saka jinis, piranti antarmuka nglindhungi jaringan saka short circuits lan overcurrents ing garis metu. Nalika ana short circuit, piranti antarmuka ngalangi port antarmuka, nyegah sirkuit cendhak nyebar ing saindhenging sistem lan kanthi mangkono njamin pertukaran informasi antarane piranti jaringan liyane. Sawise ngilangi sirkuit cendhak ing baris, port komunikasi sing diblokir sadurunge wiwit bisa digunakake maneh.
Rintangan lapangan uga nyedhiyakake isolasi galvanik antarane sirkuit non-intrinsik sing aman saka bus utama lan sirkuit sing aman saka piranti lapangan sing disambungake (cabang).
Secara fisik, piranti antarmuka uga ana rong jinis - blok lan modular. Blok piranti antarmuka jinis FB-12SP kanthi fungsi proteksi segmen ngidini sampeyan nggunakake sirkuit IC sing aman intrinsik kanggo nyambungake piranti lapangan ing Zona 2, lan alangan lapangan ISO FB-12SP ngidini sampeyan nyambungake piranti ing Zona 1 lan 0 nggunakake IA sing aman intrinsik. sirkuit.
FB-12SP lan FB-6SP couplers saka Phoenix Contact.
Salah sawijining kaluwihan piranti modular yaiku kemampuan kanggo skala sistem kanthi milih jumlah saluran sing dibutuhake kanggo nyambungake piranti lapangan. Kajaba iku, piranti modular ngidini nggawe struktur fleksibel. Ing siji kabinèt distribusi bisa nggabungake modul proteksi segmen lan alangan lapangan, yaiku, kanggo nyambungake piranti lapangan sing ana ing zona bahaya bledosan sing beda saka siji kabinet. Secara total, nganti 12 modul FB-2SP saluran dual utawa modul penghalang FB-ISO saluran siji bisa diinstal ing siji bus, saéngga nyambungake saka siji kabinèt menyang 24 piranti lapangan ing Zona 2 utawa nganti 12 sensor ing Zona 1 utawa 0.
Piranti antarmuka bisa dilakokno ing sawetara suhu sudhut lan diinstal ing enclosures bledosan-bukti Ex e, Ex d karo gelar saka bledug lan pangayoman Kelembapan paling IP54, kalebu minangka cedhak obyek kontrol.
Piranti proteksi lonjakan
Jaringan tingkat lapangan H1 bisa mbentuk segmen sing dawa banget, lan jalur komunikasi bisa mlaku ing panggonan sing bisa nyebabake lonjakan. Overvoltages pulsa dimangerteni minangka beda potensial sing disebabake dening kilat utawa sirkuit cendhak ing garis kabel sing cedhak. Tegangan induksi, sing gedhene ana ing urutan sawetara kilovolts, nyebabake aliran arus discharge kiloamperes. Kabeh fenomena kasebut kedadeyan sajrone mikrodetik, nanging bisa nyebabake kegagalan komponen jaringan H1. Kanggo nglindhungi peralatan saka fenomena kasebut, perlu nggunakake SPD. Panggunaan SPD tinimbang terminal feed-through konvensional njamin operasi sistem sing dipercaya lan aman ing kahanan sing ala.
Prinsip operasi kasebut adhedhasar panggunaan sirkuit pendek kuasi ing kisaran nanodetik kanggo aliran arus discharge ing sirkuit sing nggunakake unsur sing bisa nahan aliran arus sing gedhene kasebut.
Ana macem-macem jinis SPD: saluran tunggal, saluran ganda, kanthi plug sing bisa diganti, kanthi macem-macem jinis diagnostik - ing wangun blinker, kontak garing. Alat diagnostik paling canggih saka Phoenix Contact ngidini sampeyan ngawasi pelindung lonjakan kanthi nggunakake layanan digital berbasis Ethernet. Pabrik perusahaan ing Rusia ngasilake piranti sing disertifikasi kanggo digunakake ing lingkungan sing mbledhos, kalebu sistem Foundation Fieldbus.
Terminal bis
Terminator nindakake rong fungsi ing jaringan - iku shunts saiki bis lapangan, kang njedhul minangka asil saka modulasi sinyal lan ngalangi sinyal saka dibayangke saka ends saka baris utama, saéngga nyegah munculé gangguan lan jitter (phase jitter). saka sinyal digital). Mangkono, terminator ngidini sampeyan ngindhari tampilan data sing ora akurat ing jaringan utawa ilang data kabeh.
Saben segmen jaringan H1 kudu duwe rong terminator ing saben pungkasan segmen. sumber daya bus Phoenix Contact lan couplers dilengkapi terminator switchable. Ing ngarsane terminator ekstra ing jaringan, contone, amarga kesalahan, Ngartekno nyuda tingkat sinyal ing baris antarmuka.
Ijol-ijolan informasi antarane segmen
Ijol-ijolan informasi antarane piranti lapangan ora winates kanggo siji babagan, nanging bisa antarane bagean beda saka jaringan, kang bisa disambungake liwat controller utawa jaringan tanduran basis Ethernet. Ing kasus iki, protokol Foundation Fieldbus HSE utawa sing luwih populer, contone, Modbus TCP, bisa digunakake.
Nalika mbangun jaringan HSE, switch kelas industri digunakake. Protokol ngidini redundansi dering. Ing kasus iki, iku worth ngelingi sing ing topologi ring, ngalih kudu nggunakake salah siji saka protokol redundansi (RSTP, MRP utawa Extended Ring Redundansi) gumantung ing ukuran lan wektu konvergensi jaringan dibutuhake nalika saluran komunikasi rusak.
Integrasi sistem basis HSE karo sistem pihak katelu bisa nggunakake teknologi OPC.
Metode bukti bledosan
Kanggo nggawe sistem bledosan-bukti, ora cukup kanggo dipandu mung dening karakteristik bledosan-bukti saka peralatan lan pilihan lokasi sing bener ing situs. Ing sistem kasebut, saben piranti ora bisa digunakake dhewe, nanging bisa digunakake ing jaringan siji. Ing jaringan Foundation Fieldbus H1, ijol-ijolan informasi ing antarane piranti sing ana ing macem-macem wilayah mbebayani ora mung transfer data, nanging uga transfer energi listrik. Jumlah energi sing bisa ditampa ing siji zona bisa uga ora bisa ditampa ing liyane. Mula, kanggo netepake keamanan jeblugan jaringan lapangan lan milih cara sing paling optimal kanggo mesthekake, pendekatan sistematis digunakake. Ing antarane metode kasebut, cara kanggo njamin keamanan intrinsik sing paling akeh digunakake.
Nalika nerangake fieldbus, saiki ana sawetara cara kanggo entuk safety intrinsik: metode penghalang IS tradisional, konsep FISCO lan High Power Trunk Technology (HPT).
Kapisan adhedhasar nggunakake alangan IS lan ngleksanakake konsep buktiaken sing wis digunakake ing sistem kontrol adhedhasar 4-20 mA sinyal analog. Cara iki prasaja lan dipercaya, nanging mbatesi sumber daya menyang piranti lapangan ing Zona 0 lan 1 sing mbebayani nganti 80 mA. Ing kasus iki, miturut ramalan optimistis, bisa nyambung ora luwih saka 4 piranti lapangan saben segmen kanthi konsumsi 20 mA, nanging ing praktik ora luwih saka 2. Ing kasus iki, sistem kasebut ilang kabeh kaluwihan sing ana. ing Foundation Fieldbus lan bener ndadékaké menyang topologi titik-kanggo-titik, nalika kanggo nyambungake nomer akeh piranti lapangan, sistem kudu dipérang dadi akeh perangan. Cara iki uga mbatesi dawa kabel utama lan cabang.
Konsep FISCO dikembangake dening "Institut Metrologi Nasional Jerman" lan banjur kalebu ing standar IEC, lan banjur ing GOST. Kanggo njamin keamanan intrinsik jaringan lapangan, konsep kasebut kalebu panggunaan komponen sing cocog karo watesan tartamtu. Watesan sing padha dirumusake kanggo pasokan listrik babagan daya output, kanggo piranti lapangan babagan konsumsi daya lan induktansi, kanggo kabel babagan resistensi, kapasitansi lan induktansi. Watesan kasebut amarga kasunyatan manawa unsur kapasitif lan induktif bisa nglumpukake energi, sing ing mode darurat, yen ana karusakan ing unsur sistem, bisa dibebasake lan nyebabake discharge spark. Kajaba iku, konsep nglarang nggunakake redundansi ing sistem daya bis.
FISCO nyedhiyakake arus sing luwih gedhe kanggo piranti daya ing wilayah sing mbebayani dibandhingake karo metode penghalang lapangan. 115 mA kasedhiya ing kene, sing bisa digunakake kanggo nguwasani 4-5 piranti ing bagean kasebut. Nanging, ana uga watesan ing dawa kabel utama lan cabang.
Teknologi High Power Trunk saiki dadi teknologi safety intrinsik sing paling umum ing jaringan Foundation Fieldbus amarga ora duwe kekurangan sing ana ing jaringan sing dilindhungi alangan utawa FISCO. Kanthi nggunakake HPT, bisa entuk watesan piranti lapangan ing bagean jaringan.
Teknologi kasebut ora mbatesi paramèter listrik jaringan sing ora perlu, umpamane, ing garis komunikasi backbone, sing ora perlu kanggo pangopènan lan panggantos peralatan. Kanggo nyambungake piranti lapangan sing dumunung ing zona mbledhos, piranti antarmuka kanthi fungsi alangan lapangan digunakake, sing mbatesi paramèter listrik jaringan kanggo nguwasani sensor lan dumunung langsung ing jejere obyek kontrol. Ing kasus iki, jinis proteksi bledosan Ex e (proteksi tambah) digunakake ing kabeh segmen.
Source: www.habr.com