Článek ve formátu PDF je možné stáhnout
zde.
V loňském únorovém čísle časopisu Automa se mohli čtenáři dočíst o zcela nové koncepci zajištění jiskrové bezpečnosti v prostředí s nebezpečím výbuchu DART (Dynamic Arc Recognition and Termination). Nyní jsou na trh postupně uváděny produkty, které koncepci DART využívají. Tento článek je věnován produktům DART Fieldbus, určeným pro připojení provozních přístrojů v prostředí s nebezpečím výbuchu prostřednictvím průmyslových sběrnic.
Nová koncepce
V procesním průmyslu se v prostředí s nebezpečím výbuchu prosadily zejména dvě provozní sběrnice, Foundation Fieldbus H1 a Profibus-PA. Zajištění jiskrové bezpečnosti je u nich jednoduché, ale znamená to respektovat přísná omezení z hlediska příkonu připojených provozních přístrojů. Sběrnice mají páteřní výkonovou sběrnici (trunk) a odbočky (spur). Páteřní sběrnice byla dosud obvykle v kategorii Ex e a nemohla být umístěna v zóně 1 prostředí s nebezpečím výbuchu, leda za cenu významného omezení výkonu – teprve odbočky a zařízení na nich připojená byly v kategorii Ex ia. DART Fieldbus umožňuje tato omezení překročit a také páteřní sběrnici realizovat bez omezení výkonu v kategorii Ex ib a umístit v zóně 1. Jak je to možné? Je to proto, že princip DART je jiný než u předchozích koncepcí: neomezuje výkon přenášený po sběrnici, ale detekuje nebezpečí vzniku jiskry a včas odpojí napájení, aby jiskrový výboj vůbec nenastal. Princip byl podrobně vysvětlen v loňském článku zmíněném v úvodu. Z hlediska uživatele je důležité, že páteřní sběrnice může mít délku až 1 000 m s příkonem 8 W na segment a až s 32 přístroji připojenými v každém segmentu.
Co s dosavadními přístroji?
Co s dosavadními jiskrově bezpečnými přístroji a zařízeními připojenými prostřednictvím uvedených sběrnic? Je třeba se s nimi rozloučit? Nikoliv. Pro nové projekty je možné použít všechny existující přístroje určené pro jiskrově bezpečné sběrnice; pro modernizaci starších zařízení je lze ponechat v provozu a systém převést na DART Fieldbus i s nimi. „Naší první myšlenkou bylo zařídit vše tak, aby plně jiskrově bezpečný segment sběrnice měl stejné základní charakteristiky a výkon jako sběrnice v bezpečném prostředí,“ řekl Michael Kessler, technický ředitel sekce Components and Technology společnosti Pepperl+Fuchs, která stála u zrodu koncepce DART. „ Proto DART chrání jen páteřní sběrnici. Odbočky jsou chráněny klasickým způsobem. Systém DART Fieldbus tak může být použit s běžnými jiskrově bezpečnými přístroji.“
DART Segment Protector
Znamená to také, že DART Fieldbus zachovává osvědčenou topologii trunk-spur. Na páteřní sběrnici jsou připojeny vazební členy DART Segment Protector (maximálně čtyři v každém segmentu) a na ně jednotlivá provozní zařízení (obr. 1). DART Segment Protector je schválen pro instalaci v zóně 1 prostředí s nebezpečím výbuchu a má certifikát podle Ex ib IIC. Dodává připojeným zařízením dostatečný výkon pro jejich činnost a je v něm vestavěna ochrana proti zkratu. To umožňuje vykonávat servisní práce na zařízeních pod napětím, bez nutnosti jejich odstávky.
Inženýři, kteří navrhují komunikační systémy do prostředí s nebezpečím výbuchu, ocení, že mezi návrhem systému s DART Fieldbus a systému s běžnou sběrnicí není mnoho rozdílů. Je jen málo omezení vyplývajících z ochrany proti výbuchu – zbytek je „jednoduše sběrnice“.
Redundance napájení
Další charakteristickou vlastností DART Fieldbus je možnost realizovat tzv. sdílené redundantní napájení. Sdílené redundantní napájení znamená, že dva napájecí zdroje jsou řízeny tak, aby za běžných podmínek každý dodával právě polovinu proudu zátěže. Zdroje tak za běžných podmínek pracují v pásmu optimálního provozu, s delší průměrnou dobou mezi poruchami a lepší spolehlivostí, a teprve při poruše jednoho z nich dodává celý výkon druhý zdroj.
DART Power Hub
DART Power Hub se stará nejen o napájení páteřní sběrnice, ale také o komunikaci s nadřazeným systémem. V něm je také realizována funkce sdíleného redundantního napájení.
Pro sběrnici Profibus-PA nabízí firma Pepperl+Fuchs DART Power Hub SK3. Power Hub SK3 tvoří základní deska, na níž jsou umístěny napájecí moduly a modul komunikační brány mezi sběrnicemi Profibus-PA a Profibus-DP. Propojení Profibus-PA a Profibus-DP je transparentní, tzn. že zařízení na Profibusu-PA se v Profibusu-DP jeví jako běžné řízené jednotky (slaves). Z pohledu sběrnice Profibus-PA obsahuje SK3 pro každý segment sběrnice jednotku PA master.
Podobný modul DART Power Hub je k dispozici i pro Foundation Fieldbus H1 – napájí jednotlivé segmenty sběrnice a připojuje celý komunikační systém do nadřazeného DCS.
Jednotky DART Power Hub se umísťují na konec kabelu sběrnice do rozváděče. Volitelně je lze vybavit také funkcí diagnostiky fyzické vrstvy sběrnice.
Závěr
DART je v současnosti nejspolehlivější způsob, jak ochránit provozní techniku v prostředí s nebezpečím výbuchu. Na jejím dalším technickém rozvoji pracuje konsorcium třinácti firem působících v oboru procesní automatizace. Cílem je mj. přijmout DART jako mezinárodní normu, aby byla zajištěna maximální míra interoperability zařízení od různých výrobců.
(Pepperl+Fuchs)
Obr. 1. DART Filedbus
DART Fieldbus překonává omezení:
- délky kabelových tras: až 1 000 m pro páteřní sběrnici, až 120 m pro odbočku,
- volitelně pokročilá diagnostika fyzikální vrstvy,
- až 32 přístrojů v segmentu, navrženo v souladu s normou IEC 60079--11 Výbušné atmosféry – Část 11: Ochrana zařízení jiskrovou bezpečností „i“.