F OUNDATION Fieldbus H1 es una de las versiones del protocolo FOUNDATION fieldbus . F OUNDATION H1 (31.25 kbit / s) es un protocolo de comunicaciones bidireccionales que se utiliza para las comunicaciones entre dispositivos de campo y con el sistema de control. Utiliza par trenzado o medios de fibra para comunicarse entre varios nodos (dispositivos) y el controlador. El controlador requiere solo un punto de comunicación para comunicarse con hasta 32 nodos, esto es una mejora significativa sobre el método de comunicación estándar de 4-20 mA que requiere un punto de conexión separado para cada dispositivo de comunicación en el sistema del controlador.
F OUNDACIÓN Fieldbus H1 | |
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Información de protocolo | |
Tipo de red | Control de procesos |
Medios físicos | Par trenzado, fibra |
Topología de la red | Estrella, autobús |
Dispositivos máximos | 32 nodos / segmento |
Distancia máxima | 9500 metros con 4 repetidores (dependiendo de la intensidad mínima de la señal y la potencia para llegar a los dispositivos de campo) |
Direccionamiento de dispositivos | Automático cuando está conectado al segmento |
Órgano rector | Grupo FieldComm |
Sitio web | www |
Desde un punto de vista comercial, la tecnología F OUNDATION Fieldbus ofrece ahorros en los costos totales de instalación. H1 Fieldbus reduce el cableado del instrumento, lo que significa menos terminación y menos vueltas de destornillador. La tecnología reduce los requisitos de hardware y reduce los gastos de capital (CAPEX). FOUNDATION Fieldbus reduce principalmente los gastos operativos (OPEX) mediante la mejora de la eficiencia de la planta, una mejor gestión de activos y menores requisitos de mantenimiento. Los beneficios específicos de la tecnología F OUNDATION incluyen: cableado reducido, múltiples variables de un solo instrumento de campo multicanal, integración más simple y mantenimiento más fácil. Usando la conexión de hardware Half Duplex RS485, es posible una comunicación de dos cables.
El F OUNDATION Fieldbus H1 admite cableado intrínsecamente seguro . A diferencia de otros protocolos, FOUNDATION H1 proporciona sincronización explícita de control y comunicación para una comunicación y ejecución periódicas (isócronas) de funciones de control con tiempo muerto y jitter minimizados. Sincroniza los relojes en los dispositivos de bus de campo para admitir la programación del bloque de funciones y el sellado de la hora de la alarma en el punto de detección.
El concepto original era conectar tantos dispositivos de campo como fuera posible en la conexión de campo del controlador, limitado solo por la intensidad de la señal.
F OUNDACIÓN HSE
F OUNDATION HSE es una tecnología de red de control diseñada específicamente para la automatización de procesos para conectar dispositivos de nivel superior como controladores y E / S remotas, generadores de datos de alta densidad, etc., y para la integración horizontal de subsistemas.
F OUNDATION HSE se basa en IEEE 802.3 Ethernet sin modificar y, por lo tanto, es compatible con equipos Ethernet estándar. A diferencia de la mera "topología en anillo", FOUNDATION HSE proporciona una redundancia completa "estilo DCS" con conmutadores de red redundantes, dispositivos redundantes y puertos de comunicación redundantes que garantizan una disponibilidad insuperable. F OUNDATION HSE también se basa en IP estándar, lo que le permite coexistir con otros dispositivos y asegurando la compatibilidad con herramientas estándar. Al más alto nivel, F OUNDATION HSE incluye una capa de aplicación estándar que proporciona interoperabilidad entre dispositivos más allá de la mera coexistencia proporcionada por Ethernet y TCP / IP. La comunicación F OUNDATION HSE se basa en un cronograma para minimizar el tiempo muerto y jitter con soporte para comunicación peer-to-peer directamente entre dispositivos.Una vez más, un riguroso programa de prueba de interoperabilidad asegura una conectividad de calidad.
La topología de árbol de concentrador y radio de Ethernet hace que sea muy fácil agregar y quitar dispositivos sin alterar la red operativa. Debido a que F OUNDATION HSE se basa en Ethernet sin modificar, se pueden utilizar herramientas Ethernet estándar para la calificación, prueba y resolución de problemas de la instalación. Estas herramientas aceleran la resolución de problemas de comunicación. F OUNDATION HSE es compatible con mejores herramientas de resolución de problemas que no están disponibles para RS485 y coaxial. Dado que F OUNDATION HSE se basa en UDP y TCP, se pueden utilizar herramientas de gestión de red estándar que empleen SNMP, RMON, etc. De manera similar, se utilizan direcciones IP conocidas, incluida la compatibilidad con DHCP.
Parámetros
La línea de comunicación puede extenderse 1900 metros sin repetidores o 9500 metros con hasta 4 repetidores permitidos.
Métodos de comunicación
Los métodos de comunicación admitidos son:
- Servidor de cliente
El tipo de relación de comunicaciones virtuales cliente / servidor (VCR) [1] se utiliza para la comunicación en cola, no programada, iniciada por el usuario, uno a uno, entre dispositivos en el bus de campo. En cola significa que los mensajes se envían y reciben en el orden en que se enviaron para su transmisión, de acuerdo con su prioridad, sin sobrescribir los mensajes anteriores.
- Editor / suscriptor
El tipo de VCR de editor / suscriptor se utiliza para comunicaciones de uno a varios en búfer. En búfer significa que solo se mantiene la última versión de los datos dentro de la red. Los datos nuevos sobrescriben por completo los datos anteriores.
- Distribución de informes
El tipo de VCR de distribución de informes se utiliza para comunicaciones en cola, no programadas, iniciadas por el usuario y de uno a varios.
Usar
Este protocolo se utiliza principalmente para dispositivos de control de procesos analógicos y discretos. La principal ventaja es la configuración por concepto de bloque funcional.
Fuente de alimentación
La gran ventaja de F OUNDATION Fieldbus es que permite transferir energía a través del bus de comunicación a los dispositivos controlados, esto requiere una fuente de alimentación F OUNDATION Fieldbus. Las fuentes de alimentación son normalmente de tipo redundante con una clasificación de 32 V CC con una corriente de 500 mA y se instalan principalmente en el gabinete de clasificación o el gabinete del sistema en la sala de control.
Terminación
Cada segmento de bus de campo necesita exactamente dos terminadores para funcionar correctamente. Los terminadores están diseñados para ser el equivalente a un condensador de 1 µF y una resistencia de 100 Ω en serie. Los terminadores sirven para varios propósitos, incluida la derivación de la corriente del bus de campo (comunicación del dispositivo) y la protección contra reflejos eléctricos. La función principal de los terminadores es actuar como derivación de corriente para la red de control. La comunicación de bus de campo funciona mediante el dispositivo de campo que modula su consumo de corriente. Cuando los dispositivos necesitan transmitir datos, los dispositivos FF actuarán como un sumidero de corriente. Los dispositivos consumirán menos corriente para representar una señal alta (1, uno) y consumirán más corriente para representar una señal baja (0, cero). Como la corriente de modulación de los dispositivos FF está entre 15 mA y 20 mA pico a pico, mientras que el voltaje de modulación en el bus causado por esta corriente de modulación está entre 0,75 V y 1 V pico a pico. Este 0,75 y 1 V es simplemente el resultado de 15 mA x 50 Ω que equivale a 0,75 V y 20 mA x 50 Ω que es igual a 1 V. La resistencia de 50 Ω es equivalente a dos resistencias en paralelo del terminador FF. Debido a que todos los dispositivos usan el mismo cable, solo un dispositivo puede transmitir un mensaje en un momento dado. Sin el número adecuado de terminadores, el nivel de la señal estará fuera de especificación y puede interrumpir la red.
Otra función del terminador es reducir el impacto de los reflejos eléctricos.
Bus de campo intrínsecamente seguro
Hay varias tecnologías de bus de campo intrínsecamente seguras en el mercado. Los más utilizados son:
- Concepto de barrera de entidad
Este diseño toma el concepto de barreras de campo normales que se ha utilizado con éxito en el mundo de las señales analógicas (4-20 mA). Estas barreras utilizan una resistencia infalible (bobinado), diodos Zener y un fusible, y requieren una buena tierra intrínsecamente segura. Si bien esta barrera limita la energía suficiente para la Zona 0/1 todos los grupos de gases (Clase I Div 1 todos los grupos de gases), solo proporciona 80 mA para el segmento Fieldbus. De manera optimista, esto solo podría alimentar cuatro dispositivos Fieldbus que generalmente toman 15-26 mA cada uno. El concepto de barrera de entidad es seguro, pero sus limitaciones de baja potencia y los requisitos de ingeniería eliminan efectivamente muchos de los beneficios de utilizar la tecnología de bus.
- FISCO
Fieldbus Intrinsically Safe Concept (FISCO), que fue desarrollado por primera vez por PTB (Physikalisch-Technische Bundesanstalt, el instituto nacional de metrología de Alemania) como un método para proporcionar mayor potencia a un segmento de Fieldbus en áreas peligrosas. El concepto FISCO, considera todo el circuito del segmento Fieldbus. La longitud total máxima de cable en un sistema FISCO es de 1 km en los grupos de gas A y B (IIC) y de 1,9 km en los grupos de gas C y D (IIA y IIB), mientras que la longitud de derivación máxima permitida (longitud desde la caja de conexiones del segmento / protector) es de 60 metros para los grupos de gas A a D (IIC, IIB y IIA). También se imponen restricciones adicionales a los acondicionadores de energía, es decir, los acondicionadores de energía redundantes con reparto de carga no están permitidos en una fuente de alimentación FISCO.
La certificación de dispositivos a un estándar antes de la implementación, permite que se integren en sistemas sin los requisitos de ingeniería que requiere el enfoque de Entidad. Esto permite que las fuentes de alimentación FISCO generen más energía (y permitan más dispositivos por segmento) que la solución de barrera de entidad. El cuello de botella de esta solución es que requiere que cada parte del sistema, incluidos los dispositivos, cables y acondicionadores de energía, sea compatible con FISCO y que se sigan estrictamente las reglas de diseño e instalación de FISCO. Si bien proporciona más energía que el enfoque de barrera de entidad, el sistema solo puede admitir de cuatro a cinco dispositivos por segmento, ya que la corriente troncal está limitada a 115 mA.
- HPT con barreras de campo
Una mejora más reciente para aplicaciones intrínsecamente seguras es el High Power Trunk (HPT) con barreras de campo basadas en el campo (FB), que limita la potencia en el ramal, en lugar de en el maletero. Este método cambia significativamente la ecuación para los usuarios finales de Fieldbus en entornos peligrosos. Aumenta la cantidad de energía disponible y, por lo tanto, la cantidad de dispositivos conectados en un segmento. También permite a los usuarios finales maximizar la longitud de sus cables troncales sin las restricciones de FISCO / Entity Barrier Concept.
Si bien el modelo HPT proporciona algunas mejoras significativas (500 mA en el segmento Fieldbus), no está exento de desventajas. La barrera de campo es, en esencia, un acondicionador de energía aislado basado en el campo. Entonces, aunque el segmento puede ser alimentado por acondicionadores de energía redundantes de carga compartida en el host, el MTBF (tiempo medio antes de la falla) práctico sigue siendo el de un solo acondicionador de energía, ya que la mayoría de las barreras de campo no son redundantes.
- Troncal intrínsecamente seguro de alta potencia / Troncal intrínsecamente seguro de alta potencia (HPIST)
La técnica High Power IS Trunk (HPIST) proporciona un nivel mejorado de seguridad y simplicidad en la instalación, junto con la capacidad de usarla para todos los dispositivos (FISCO y Entidad) y Zonas y Divisiones peligrosas. Entrega aproximadamente 350 mA de energía IS a segmentos ubicados en áreas peligrosas.
Esto se logra utilizando un diseño de arquitectura dividida que coloca parte de la barrera en una tarjeta aislante ubicada en el área segura (bastidor de la fuente de alimentación) y la otra parte en cada una de las espuelas de los acopladores / segmento de dispositivos montados en campo. La barrera en el aislador permite que se ejecuten 350 mA a través del segmento hasta la caja de conexiones / derivación a través del cable troncal. Dado que se utilizan resistencias infalibles, los dispositivos de la Zona 0/1 o 2 se pueden conectar directamente. Tener 350 mA, ahora permite a los usuarios alimentar hasta 16 dispositivos Fieldbus (20 mA cada uno) a 500 m manteniendo la seguridad intrínseca.
Desarrollo
Este protocolo está desarrollado, mejorado y respaldado por FieldComm Group
Ver también
Referencias
- ^ "Directrices de ingeniería del sistema FOUNDATION ™ Fieldbus" (PDF) ((AG-181) Revisión 3.2.1 ed.).