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Fieldbus Foundation™
Freedom to choose. Power to integrate
Italia
Aree classificate
possibili soluzioni
Dalla pneumatica al Bus da campo
Relatore: Paolo Cotugno
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
PRIOLO 12-GIUGNO-08 - GIORNATA DI STUDIO
Copyright Fieldbus Foundation, February 2005
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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
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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
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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.
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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.
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3-15 PSI - Un progetto semplice
Italia
Regolatore
da campo
Zone 0/1
3-15 PSI
Alimentazione
aria strumenti
3-15 PSI
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Trasmettitore
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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
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Il protocollo HART/SMART
Italia
La nascita di strumentazione da campo intelligente
con microprocessori a bordo, richiede 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
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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
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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
Zone 0/1
da 1 a massimo
5 strumenti
Indicatore con
comunicazione
HART
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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
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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
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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.
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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
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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”
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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 10H / Ci  5nF
Fino a 10 strumenti
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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
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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”
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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
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Soluzione Ibrida EEx e + EEx i
Italia
•
RAMO PRIMARIO (TRUNK)
-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
•
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
1
Zone 0/1
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Italia
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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
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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
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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
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System Overview
Italia
4 Hosts
Redundant
Power
4 redundant
Hosts
Fault
Diagnostic
Module
4 Trunks
Redundant
Power
Fault
Redundant
Power
Modules
4 Trunks
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Power Supply H1
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VANTAGGI del sistema
• Semplice e affidabile
• Ridondanza
• Lunga durata vita
• Ideale per il High-Power Trunk
• Advanced Diagnostic Module
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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
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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
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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.
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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.
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Errori tipici
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•Dati di configurazione
•Dati con parametri
•Bustiming/-parametri
Cause
logiche
Visualizzazione ed
•Apparecchiatura
elaborazione della
diffettosa
diagnostica sul Host o su un
•Terminazione Bus
Tool online, indipendente dal
Host
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
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Tool di progettazione reti H1
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www.segmentchecker.com
GRATUIT
O
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Il massimo della tecnologia:
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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.
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Domande
Italia
Sulbiate
Paolo Cotugno
Area Manager PA
Tel. 039 6292 234
Fax 039 6292 390
cell 335-5782848
Email:
[email protected]
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