Fieldbus Foundation™ Freedom to choose. Power to integrate Italia Aree classificate possibili soluzioni Dalla pneumatica al Bus da campo Relatore: Erwin Malleier La pneumatica Italia La pneumatica con lo standard 3-15 PSI VANTAGGI • Idonea anche per zone con pericoli di esplosione (zona 0) • E' consentita la manutenzione delle apparecchiature “on-line”. • Grande energia trasportabile in zone con pericoli d’esplosione (Valvole pneumatiche). SVANTAGGI • • • • Consumo continuo di energia pneumatica cara Poca “intelligenza” per regolazioni complessi Adopera grande spazio nelle sale di controllo Richiede manutenzione continua ed impegnativa Cagliari 11-GIUGNO-09 - GIORNATA DI STUDIO Copyright Fieldbus Foundation, February 2005 L’elettronica Italia L’ elettronica con lo standard 4-20 mA VANTAGGI • • • • • Consumi energetiche minori contro la pneumatica Più intelligente rispetto la pneumatica Richiede spazio ridotto Manutenzione ridotta rispetto la pneumatica Costi ridotti SVANTAGGI • Di base non idonea per zone con pericoli d’esplosione • Sensibile a disturbi di tipo EMC • Richiede una nuova generazione di manutentori di tipo elettrici/elettronici Cagliari 11-GIUGNO-09 - GIORNATA DI STUDIO Copyright Fieldbus Foundation, February 2005 L’elettronica Italia Sicurezza a prova d’esplosione “EEx d” IEC - EN 60079-1 (EN 50018) VANTAGGI • Idonea anche per le zone con pericoli d’esplosione • Anche grande energia è trasportabile in zone con pericoli d’esplosione SVANTAGGI • • • • Protezione a contenimento dell’esplosione Non permette la manutenzione sotto tensione Non idoneo per la zona 0 Installazione costosa Cagliari 11-GIUGNO-09 - GIORNATA DI STUDIO Copyright Fieldbus Foundation, February 2005 L’elettronica Italia Sicurezza Intrinseca “EEx ia” per Zona 0 - “EEx ib / ia” per Zona 1 IEC - EN 60079-14 (EN 50020) VANTAGGI • Idonea anche per la ZONA 0 • E' consentita la manutenzione delle apparecchiature in presenza di tensione in tutta sicurezza, anche per il personale operante. • Tecnica accettata pressoché ovunque a livello internazionale. • Non è richiesto l’utilizzo di cavi speciali per l’interconnessione delle apparecchiature. SVANTAGGI • Bassa disponibilità di energia per le apparecchiature in campo. • Apparecchiature che necessitano di elevata energia di funzionamento bisogna alimentare separatamente. Cagliari 11-GIUGNO-09 - GIORNATA DI STUDIO Copyright Fieldbus Foundation, February 2005 Metodi di protezione “EEx n” Italia Protezione Non Incendiva (Limitazione di Energia e Non Scintillamento ) “EEx nL” per Zona 2 IEC EN 60079-27 (EN 50021) VANTAGGI • Consente di manutenzionare sotto tensione le apparecchiature • Un apparecchiatura qualitativamente ben costruita secondo la norma, può essere utilizzata nella suddetta area classificata senza essere sottoposta a certificazione dai laboratori preposti (Requisiti da autocertificazione) • Per la Zona 2 risulta il più economico metodo di protezione. • Non è richiesto l’utilizzo di cavi speciali per l’interconnessione delle apparecchiature. SVANTAGGI • Bassa disponibilità di energia per le apparecchiature in campo. • Apparecchiature che necessitano di elevata energia di funzionamento bisogna alimentare separatamente. • Difficoltà nel produrre documentazione in quanto trattasi di autocertificazione. Cagliari 11-GIUGNO-09 - GIORNATA DI STUDIO Copyright Fieldbus Foundation, February 2005 3-15 PSI - Un progetto semplice Italia Regolatore da campo aria strumenti Zone 0/1 3-15 15 PSI Alimentazione Cagliari 11-GIUGNO-09 - GIORNATA DI STUDIO 3-15 PSI Trasmettitore Copyright Fieldbus Foundation, February 2005 4-20 mA - Un progetto semplice Italia Alimentazione elettrica Zona 2 Tecnica a 2 fili, 4-20 mA EEx- i Regolatore Tecnica a 2 fili, 4-20 mA EEx- i Zone 0/1 Alimentazione aria strumenti Cagliari 11-GIUGNO-09 - GIORNATA DI STUDIO Copyright Fieldbus Foundation, February 2005 Il protocollo HART/SMART Italia La nascita di strumentazione da campo intelligente con microprocessori a bordo, permette la parametrizzazione anche da remoto VANTAGGI • Trasferimento di più che solamente 1 valore • Parametrizzazione anche da remoto • Parametrizzazione centralizzata • Nessun cambiamento nella struttura Hardware SVANTAGGI • Comunicazione lenta, nata per la manutenzione • Barriere a sicurezza intrinseca devono essere trasparente alla comunicazione • Nessun risparmio economico Cagliari 11-GIUGNO-09 - GIORNATA DI STUDIO Copyright Fieldbus Foundation, February 2005 4-20 mA HARTHART- Un progetto semplice Italia Alimentazione elettrica Zona 2 Tecnica a 2 fili, 4-20 mA EEx- i Regolatore Tecnica a 2 fili, 4-20 mA EEx- i Zone 0/1 Alimentazione aria strumenti RS-485 HART- Multiplexer Cagliari 11-GIUGNO-09 - GIORNATA DI STUDIO Copyright Fieldbus Foundation, February 2005 La prima comunicazione digitale HART Italia Paralleli, tecnica a 2 fili, EEx- i Strumenti senza modulazione di corrente, fissi a 4 mA Barriera EEx-i, 4-20 mA trasparente HART da 1 a massimo Zone 0/1 5 strumenti Indicatore con comunicazione HART Cagliari 11-GIUGNO-09 - GIORNATA DI STUDIO Copyright Fieldbus Foundation, February 2005 E’ nato il Bus da campo (Profibus--PA / Foundation F. H1) (Profibus Italia POWER REPEATER •70mA, 10,6 Vcc (ENTITY) •100 mA , 13 Vcc (FISCO) H1 in esecuzione EEx-i 31.25Kbit/S Terminatore H1 Host Segnali e comandi binari EEx-i Zone 0/1 H1 non alimentata Fino a 31 carichi 31.25Kbit/S Cagliari 11-GIUGNO-09 - GIORNATA DI STUDIO Copyright Fieldbus Foundation, February 2005 Italia Il Bus da campo (Profibus--PA / Foundation F. H1) (Profibus Il garante di compatibilità e sviluppo futuro è l’organizzazione e la norma internazionale VANTAGGI • L’interconnettività • Velocità adeguata per la comunicazione di processo • Integrazione anche di segnali binari • Gestione di numeri strumenti elevati SVANTAGGI • Energia limitata in zone con pericoli d’esplosione in caso di utilizzo di sic. intrinseca • Nessuna ridondanza prevista • In caso di guasto, perdita più di 1 strumento alla volta Cagliari 11-GIUGNO-09 - GIORNATA DI STUDIO Copyright Fieldbus Foundation, February 2005 Applicazioni in tecnica S.I. Italia I miglioramenti per aumentare il numero di strumenti collegati ad un ramo (Trunk) e per aumentare la disponibilità impianto. ENTITY CONCEPT FISCO/FNICO CONCEPT IBRIDA Simile alla tradizionale tecnica della sicurezza intrinseca, con relativa verifica dei parametri di sicurezza Per semplificare l’ingegneria e rendere più sicuro e flessibile è stato introdotto il concetto Fisco per zona 1 e Fnico per la zona 2 La combinazione della sicurezza intrinseca e la sicurezza aumentata, permette di portare più energia in campo. Cagliari 11-GIUGNO-09 - GIORNATA DI STUDIO Copyright Fieldbus Foundation, February 2005 Entity Model Italia H1 non alimentata 31.25Kbit/S Host Power Repeater I.S. Entity 70 mA, 10,6 VDC Nr. 3 strumenti per segmento Zona 1 • Segmento a sicurezza intrinseca • Power Repeater fornisce l’isolamento galvanico e l’alimentazione al segmento • Bassa energia disponibile sul Bus • Basso numero di strumenti collegabili al BUS • Lunghezza del cavo limitata • Richiesta verifica coordinamento elettrico FT Cagliari 11-GIUGNO-09 - GIORNATA DI STUDIO Copyright Fieldbus Foundation, February 2005 Fisco Model Italia Fieldbus Intrinsically Safe Concept IEC EN 60079-27TS Fissate alcune condizioni tecniche dei partecipanti all‘architettura del sistema (power supply, cavo, terminazioni , strumenti) Il sistema risulta automaticamente certificato “Intrinsically Safe” Cagliari 11-GIUGNO-09 - GIORNATA DI STUDIO Copyright Fieldbus Foundation, February 2005 Fisco Model Italia Parametri e caratteristiche del modello Solamente un unica sorgente attiva (power supply) per ogni segmento di BUS Tutti i nodi del segmento devono essere di tipo passivo Power Supply Caratteristiche di uscita trapezoidali o rettangolari (Vmin = 12.8 V, I=100mA) Vcc = 12,6...17,5 V ICC fino a 110 mA per Vcc = 14 V (Gruppo IIC) Strumentazione Cavo R´:15 ... 150 ohm/km L´: 0.4 ... 1 mH/km C´: 80 ... 200 nF/km Lunghezza del cavo fino a 1000m (Trunk+Spurs). Lunghezza derivazioni fino a 30m (Spur) Terminatori di linea R = 90 ... 100 Ohm / C = 0 ... 2.2 µF Induttanza e capacità trascurabile se Li ≤10µH ≤ µ / Ci ≤ 5nF Fino a 10 strumenti Cagliari 11-GIUGNO-09 - GIORNATA DI STUDIO Copyright Fieldbus Foundation, February 2005 Fisco Model Italia H1 non alimentata 31.25Kbit/S Host Power Repeater I.S. FISCO • Segmento a sicurezza intrinseca • Power Repeater fornisce l’isolamento galvanico e l’alimentazione al segmento • Non è richiesta la verifica di coordinamento elettrico per ciò che concerne i parametri di induttanza e capacità • Maggior numero di strumenti collegabili al BUS • Lunghezza del cavo superiore rispetto al modello Entity 100 mA , 12,8 VDC Nr.5 strumenti per segmento Zone 1 FT Cagliari 11-GIUGNO-09 - GIORNATA DI STUDIO Copyright Fieldbus Foundation, February 2005 Fnico Model Italia Fieldbus Non Incentive Concept IEC EN 60079-15 Come nel modello FISCO, fissate alcune condizioni tecniche dei partecipanti all‘architettura del sistema (power supply, cavo, terminazioni , strumenti) Il sistema risulta automaticamente certificato “Intrinsically Safe” Cagliari 11-GIUGNO-09 - GIORNATA DI STUDIO Copyright Fieldbus Foundation, February 2005 Fnico Model Italia Installazione apparecchiature consentita in ZONA 2 se : - Power Repeater Certificato “EEx nA” + Segment Protector (J(J-Box) Certificata “EEx nAL” - Field Devices Certificate “EEx nL” o EEx i Elevato numero di strumenti collegabili al BUS H1 Uscita H1 non alimentata Fino a 31 strumenti 31.25Kbit/s Power HUB 500 mA , 17 Vcc Nr. 16 strumenti per trunk Segment Protector 4/6/8/12 Spur Zone 2 Cagliari 11-GIUGNO-09 - GIORNATA DI STUDIO Copyright Fieldbus Foundation, February 2005 Soluzione Ibrida EEx e + EEx i Italia • -Linea con tecnologia “EEx e”, idonea alla Zona 1 tramite normali cavi CEI 20-22 -Alimentazione da Power Supply fino a 1A – 32 Vcc -Lunghezza BUS H1 “EEx e” fino a 1900 m -Terminatore incorporato (selezionabile) -Nr. di strumenti collegabili al BUS fino a 31 in relazione all’energia di 1A, resa disponibile dal Power Supply Dual Fault alarm 32 Vcc, 1 A Zona 1 • 1 Zone 0/1 RAMO PRIMARIO (TRUNK) RAMO SECONDARIO (SPUR) -Linea in tecnologia “EEx ia IIC ” idonea alla Zona 0 -Modello FISCO od ENTITY supportato -Massima corrente 40mA per uscita -Protezione dal corto circuito su ogni ramo -Separazione galvanica per garantire la sicurezza del BUS -Rigenerazione segnale -Lunghezza massima 120m, senza terminatore Cagliari 11-GIUGNO-09 - GIORNATA DI STUDIO Copyright Fieldbus Foundation, February 2005 Italia Esempio tecnologia ibrida EEx e + EEx i” Alim. ridondante Host Redundand FF Power Hub, Non IS H1 31.25Kbit/sec non alim. 4 uscite ridondanti ≤ 29,5 Vcc - 0,5 A FF H1 segment “EEx e” Spurs fino a 120 I/O Remoto 1 2 Zone 1 3 “EEx ia” Fisco o Entity o misto Cagliari 11-GIUGNO-09 - GIORNATA DI STUDIO Copyright Fieldbus Foundation, February 2005 Soluzione Ibrida EEx e + EEx i Italia VANTAGGI DEL MODELLO IBRIDO (1/2) • Alimentazione ridondante del Trunk H1 • Su di un Trunk ibrido (EEx e + EEx i) H1 fino a 1A / 32 Vcc è possibile connettere fino a 31 strumenti, idonei per la Zona 0 potendo così sfruttare pienamente le potenzialità d’ indirizzamento dell' HOST • Segmenti di Trunk H1 con cavi più lunghi • Flessibilità operativa e manutentiva tipica della sicurezza intrinseca • Flessibilità progettuale dovuta alla certificazione in accordo al modello Entity e Fisco/Fnico dei FieldLink Cagliari 11-GIUGNO-09 - GIORNATA DI STUDIO Copyright Fieldbus Foundation, February 2005 Soluzione Ibrida EEx e + EEx i Italia VANTAGGI DEL MODELLO IBRIDO (2/2) • Le diramazioni (Spur) dei Trunk H1 in campo non richiedono Junction Box ed elementi terminatori aggiuntivi • Protezione contro corto circuiti per ogni strumento • Isolamento galvanico verso la rete dorsale (Trunk) • Diagnostica base e avanzato dallo singolo strumento e rete • Espansione semplice • Manutenzione sotto tensione lato Spur • Power Hub a bassa dissipazione tramite tecnologia con elementi passivi Cagliari 11-GIUGNO-09 - GIORNATA DI STUDIO Copyright Fieldbus Foundation, February 2005 System Overview Italia 4 Hosts Redundant Power 4 redundant Hosts Fault Diagnostic Module 4 Trunks Redundant Power Fault Redundant Power Modules 4 Trunks Cagliari 11-GIUGNO-09 - GIORNATA DI STUDIO Copyright Fieldbus Foundation, February 2005 Power Supply H1 Italia VANTAGGI del sistema • Semplice e affidabile • Ridondanza • Lunga durata vita • Ideale per il High-Power Trunk • Advanced Diagnostic Module Cagliari 11-GIUGNO-09 - GIORNATA DI STUDIO Copyright Fieldbus Foundation, February 2005 La diagnostica Hardware H1 Italia VANTAGGI del “Advanced Diagnostic Module” • Monitoraggio continuo ed allarme molto prima del fuoriservizio • Messa in marcia veloce • Ottimizzazione dei parametri di comunicazione • Ricerca guasto veloce tramite l’oscilloscopio integrato • Comunicazione con Host o PC Cagliari 11-GIUGNO-09 - GIORNATA DI STUDIO Copyright Fieldbus Foundation, February 2005 La diagnostica Hardware H1 Italia Messa in servizio veloce • Controllo polarità • Controllo polo a terra • Controllo disturbi EMC (schermi) • Controllo Jitter (terminazioni) • Controllo indirizzamento univoco Cagliari 11-GIUGNO-09 - GIORNATA DI STUDIO Copyright Fieldbus Foundation, February 2005 La diagnostica Hardware H1 Italia CONCLUSIONI Il modulo di diagnostica avanzata può scoprire problemi potenziali, molto prima del fuoriservizio della rete e relativo arresto dell’impianto, grazie delle funzionalità derivate dall’oscilloscopio integrato. Cagliari 11-GIUGNO-09 - GIORNATA DI STUDIO Copyright Fieldbus Foundation, February 2005 La diagnostica Hardware H1 Italia CONCLUSIONI Avvisa l’utilizzatore di un degradamento di qualità del segnale di comunicazione per permettere un intervento di manutenzione predittivo con conseguenza che l’impianto non si ferma all’improvviso, ma schedato con relativo risparmio di costi di arresto e mancata produzione. Cagliari 11-GIUGNO-09 - GIORNATA DI STUDIO Copyright Fieldbus Foundation, February 2005 Errori tipici Italia •Dati di configurazione •Dati con parametri •Bustiming/-parametri Cause logiche Visualizzazione ed elaborazione della diagnostica sul Host o su un Tool online, indipendente dal Host •Apparecchiatura diffettosa •Terminazione Bus incorretto •Posa cavi non idonea Cause •Qualità cavi insufficiente fisicalici •Problema di alimentazione La diagnostica è indispensabile per •Indirizzamento non la chiarezza e sicurezza funzionale univoco Cagliari 11-GIUGNO-09 - GIORNATA DI STUDIO Copyright Fieldbus Foundation, February 2005 Tool di progettazione reti H1 Italia www.segmentchecker.com GRATUIT O Cagliari 11-GIUGNO-09 - GIORNATA DI STUDIO Copyright Fieldbus Foundation, February 2005 Il massimo della tecnologia: Italia VANTAGGI RISPETTO A PROFIBUSPROFIBUS-PA • Oltre di eliminare i segnali analogici 44-20mA, risparmiare cablaggio, documentazione, pur mantenendo l’affidabilità come la tecnica tradizionale, è possibile di • avere i logaritmi PID presenti negli singoli strumenti in campo. • E’ possibile di creare regolazioni in cascata e • avere dei LAS multipli, in modo di potere • garantire la funzione attiva anche con il Host spento. Cagliari 11-GIUGNO-09 - GIORNATA DI STUDIO Copyright Fieldbus Foundation, February 2005 Domande Italia Sulbiate Erwin Malleier Area Manager PA Tel. 039 6292 1 Fax 039 6292 390 cell 335 5782849 Email: [email protected] Cagliari 11-GIUGNO-09 - GIORNATA DI STUDIO Copyright Fieldbus Foundation, February 2005