Jiskrově bezpečná technika bez omezení příkonu

Je tomu již téměř rok a půl, kdy byl v časopise Automa zveřejněn přehledový článek o nové koncepci zajištění jiskrové bezpečnosti DART Fieldbus (článek DART Fieldbus – do prostředí s nebezpečím výbuchu snadno a bezpečně, Automa, 2011, č. 5, s. 48–49). Tento nový článek shrnuje principy koncepce DART a popisuje, jak se koncept rozvíjí a co přinesla společnost Pepperl+Fuchs pro DART Fieldbus nového.

Produkty FieldConnex^® DART Fieldbus od společnosti Pepperl+Fuchs umožňují plně využívat výhody sběrnicové techniky s jiskrovou bezpečností v zóně 1 prostředí s nebezpečím výbuchu. Odstraňují výkonové bariéry pro toto prostředí, a tím šetří náklady na komunikační sítě: umožňují jednoduše vytvořit rozsáhlejší sítě a připojit k nim více zařízení. Celý komunikační systém je přehledný a jeho návrh, instalace, oživení i údržba jsou snadné. DART Fieldbus dovoluje instalovat jiskrově bezpečná zařízení v zóně 1 prostředí s nebezpečím výbuchu plynů skupiny IIC.

Historie jiskrově bezpečných sběrnic

Na počátku jiskrově bezpečných sběrnic (obr. 1) byly koncepce Entity a FISCO (Fieldbus Intrinsically Safe Concept). Umožňovaly uživatelům připojit k jednomu segmentu sběrnice několik zařízení se společným napájením, ale počet zařízení a délka segmentu byly omezeny tím, že pro zajištění jiskrové bezpečnosti byl celkový příkon do segmentu sběrnice omezen. To znamenalo, že vývojáři museli navrhovat komunikační sítě se složitou topologií a mnoha odbočkami. Sítě byly nepřehledné a nákladné s ohledem na pořizovací cenu, instalaci i údržbu. Později se objevila koncepce HPTC (High-Power Trunk Concept), která umožňuje uživatelům realizovat bezpečnou instalaci v prostředí s nebezpečím výbuchu i při vyšším příkonu dodávaném do páteřní sběrnice. Jiskrová bezpečnost je zajištěna bezpečným připojením zařízení na odbočkách sběrnice, samotná páteřní sběrnice není jiskrově bezpečná.

DART Fieldbus představuje v oblasti sběrnic určených do prostředí s nebezpečím výbuchu převratnou novinku. Komponenty Field­Connex DART Fieldbus zajišťují dostatečné napájení pro tolik zařízení, kolik jich je v typickém případě připojeno na segmentu sběrnice v prostředí bez nebezpečí výbuchu. Odbočky jsou přitom připojeny tak, aby byl splněn požadavek na současnou jiskrově bezpečnou techniku. Co je na koncepci DART Fieldbus unikátní, je to, že umožňuje uživatelům z oblasti automatizace procesní výroby plně těžit z předností sběrnicové techniky v jiskrově bezpečném provedení, k nimž patří zajištění vysoké spolehlivosti a dostupnosti zařízení a snížení celkových nákladů na zařízení.

DART Fieldbus eliminuje potíže s omezeným napájením zařízení v prostředí s nebezpečím výbuchu zcela novým přístupem k omezení energie, jež by mohla způsobit požár nebo výbuch. Poskytuje možnost dosáhnout mnohem vyššího jmenovitého příkonu dodávaného přístrojům na sběrnici. Jestliže se uvolní energie, např. vytažením konektoru, DART v několika mikrosekundách vypne proudový obvod dříve, než se může vytvořit jiskra se zápalnou teplotou. Nebezpečí vzniku jiskry je v tomto případě jen přechodné, takže zařízení se po několika milisekundách vracejí k normálnímu provozu. Tím je zaručena velká spolehlivost sběrnice a dostupnost připojených zařízení. Zařízení pokračují v komunikaci s řídicím systémem, protože výpadek komunikace byl jen velmi krátký.

Komponenty FieldConnex DART Fieldbus jsou certifikovány podle mezinárodní normy IEC 60079-11 Výbušné atmosféry – Část 11: Ochrana zařízení jiskrovou bezpečností „i“ (ATEX and IEC Ex). To umožňuje použít je v prostředí s nebezpečím výbuchu téměř v jakékoliv zemi světa.

Rozdíl je v jednoduchosti použití v praxi

Pro vývojáře koncepce DART Fieldbus byla inspirací jednoduchost koncepce FISCO, jež je předpokladem pro snadné použití v praxi. DART Fieldbus je srovnatelně jednoduchá koncepce jako FISCO s ohledem na projektování sběrnicové sítě i validaci jiskrové bezpečnosti (obr. 2). Návrháři a automatizační inženýři musí respektovat jen tři jednoduchá pravidla, která jsou pro ně stejně samozřejmá:

• Maximální délka páteřní sběrnice je 1 000 m. (To je více, než vyžaduje drtivá většina systémů.)
• Používá se pouze kabel typu A. (Je to stíněná kroucená dvoulinka, velmi odolná proti rušení, a pro instalaci sběrnic je to ten nejběžnější kabel.)
• Na páteřní sběrnici se instalují výhradně komponenty uvedené v certifikátu, tj. napájecí zdroje a vazební členy (ostatní jsou na odbočkách).

To je vše. Segment sběrnice je navržen, jiskrová bezpečnost ověřena. Připojení k provozním přístrojům a řídicímu systému splňuje běžné standardy. Investice do existujících provozních zařízení jsou ochráněny, protože je lze využívat úplně stejně jako dosud.

Stejně důležitá je dostupnost systému. Napájecí zdroj DART Power Hub (obr. 3) má pro jeden segment sběrnice dva redundantní napájecí moduly, které mají unikátní vlastnost: jsou provozovány v konfiguraci s řízeným sdílením zátěže, tzn. že za běžných okolností každý nese polovinu zátěže. Je to malý detail, ale velký rozdíl: moduly pracují v optimálních podmínkách, tzn. že generují do rozváděče řídicího systému méně ztrátového tepla. V praxi se stále znovu ukazuje, že omezujícím faktorem pro počet segmentů sběrnice připojených v rozváděči není místo, ale celkové teplo generované jejich zdroji. DART Fieldbus podporuje větší hustotu zařízení v rozváděči, a tím snižuje pořizovací náklady. Elektronika navíc pracuje v optimálních podmínkách, což pomáhá prodloužit její životnost.

Vazební člen DART Segment Protector (obr. 3) je certifikován pro instalaci v zóně 1. Znamená to, že rozbočovací modul může být umístěn blízko provozních zařízení. DART Segment Protector má na každém výstupním kanálu ochranu proti zkratu. Při servisním zásahu na jednom zařízení tedy není činnost ostatních připojených zařízení nijak ovlivněna. Dokonce ani náhodné zkraty, které mohou vzniknout při zapojování a odpojování zařízení, neohrozí činnost a bezpečnost sběrnice.

DART Fieldbus pro velké délky kabelů

DART Fieldbus umožňuje realizovat páteřní sběrnici do délky 1 000 m. Pro odbočky je maximální povolené délka 120 m. To je významně více než u koncepce FISCO, která má maximální délku páteřní sběrnice 60 m a maximální celkovou délku páteřní sběrnice a všech jejích odboček 1 000 m. Přitom instalace zařízení pro DART Fieldbus vyžaduje v rozváděči stejné nebo menší místo než zařízení pro FISCO. Navíc DART Fieldbus podporuje až 32 zařízení na segmentu sběrnice – tedy maximum povolené u běžné sběrnice. To snižuje pořizovací náklady, protože instalace jiskrově bezpečné sběrnice s DART Fieldbus nevyžaduje žádnou infrastrukturu navíc ve srovnání s běžnou sběrnicí. Větší počet přístrojů na jednom segmentu sběrnice než u koncepce FISCO dovoluje realizovat sítě s jednodušší topologií, bez nutnosti vytvářet sítě s mnoha subsegmenty, z nichž každý vyžaduje svůj vlastní napájecí zdroj, připojovací moduly a oddělovací bariéry. A to vše lze instalovat v zóně 1 s možností výskytu těch nejnebezpečnějších plynů skupiny IIC (vodík, acetylen).

FieldConnex Advanced Diagnostics pomáhá uživateli dohlížet na činnost sběrnicové infrastruktury a zajistit její spolehlivost. DART Fieldbus přispívá k omezení nákladůna provoz a údržbu tím, že udržuje vysokou míru dostupnosti připojených zařízení plnou redundancí napájení. Umožňuje dosáhnout delších intervalů pravidelné údržby. Servisní práce lze vykonávat na zařízeních pod napětím. DART Fieldbus je koncepce navržená tak, aby bylo možné využívat již existující jiskrově bezpečná zařízení a distribuované řídicí systémy, a proto je vhodná pro zcela nová zařízení i pro modernizaci těch, která jsou již v provozu. 

(Pepperl + Fuchs)

DART Fieldbus pro rychlé čtenáře

Převratná metoda zajištění jiskrové bezpečnosti pro sběrnice v prostředí s nebezpečím výbuchu, bez omezení příkonu připojených zařízení.

Certifikace podle IEC 60079-11, ATEX, IEC Ex.

Pro Foundation Fieldbus H1 a Profibus-PA:

• delší kabely než u jakékoliv jiné jiskrově bezpečné sběrnice,
• větší počet zařízení na segmentu než u jiných jiskrově bezpečných sběrnic,
• pravidla pro projektování stejně jednoduchá jako pro „bezpečné“ prostředí,
• stejný postup instalace pro celý segment sběrnice,
• instalace jiskrově bezpečné sběrnice stejně snadná jako instalace sběrnice v „bezpečném“ prostředí,
• redundance napájení se sdílením zátěže,
• údržba zařízení pod napětím, bez přerušení provozu.

Pro zónu 1, skupinu plynů IIC.

Obr. 1. Srovnání metod realizace jiskrově bezpečné sběrnice

Obr. 2. Topologie s páteřní sběrnicí a odbočkami je pro DART Fieldbus stejná jako u běžné komunikační sítě

Obr. 3. DART Compact Segment Coupler pro Profibus a Segment Protector pro jiskrově bezpečnou páteřní sběrnici – celá síťová infrastruktura je jiskrově bezpečná (Ex ib IIC)