Экосистема ЛПА-3хх – современное отечественное решение для искробезопасных цепей

В статье представлены новые изделия для искробезопасной цепи разработки компании «ЛенПромАвтоматика». Это барьеры искробезопасности ЛПА-310, ЛПА-340 и ЛПА-350, а также сам объединительный модуль ЛПА-300. Системы являются уникальным решением на рынке РФ среди отечественных производителей и гарантируют качественную замену зарубежных изделий.

Константинов Александр

197
В ЗАКЛАДКИ

Разработка отечественных систем АСУ ТП до февраля 2022 года для многих наших производителей была делом сложным, требующим огромных усилий и, самое главное, веры в перспективность своего начинания. Несмотря на взятый курс импортозамещения согласно постановлению Правительства РФ от 2014 года, отечественные разработчики систем были вынуждены противостоять зарубежным компаниям с огромными объёмами производимых изделий и агрессивной маркетинговой политикой. Для зарубежных компаний доля российского рынка часто составляла 2–5%, и они активно демпинговали по цене российских производителей на крупных проектах. Кроме того, зарубежные производители обходили установленные в нашей стране ограничения, собирая в России из нескольких крупных узлов, которые полностью производились за рубежом, конечное изделие. Чаще всего использовалась схема, когда в РФ приходили отдельно корпус и плата, а тут уже производились их соединение и тестирование условно отечественным ПО. Далее клеилась наклейка «Сделано в России», и проблема импортозамещения была решена. Такой процесс назывался в народе «импортозаклеивание».  Чаще всего приводился аргумент, что все компоненты, применяемые в изделии, зарубежные, а где производить сборку – неважно. 

К сожалению, не учитывался тот факт, что отечественный продукт – это, прежде всего, интеллектуальная работа разработчиков схемотехники и программного обеспечения, а также отдельная линия поверхностного монтажа компонентов и тестовая лаборатория. Для того чтобы произвести реально качественный барьер искрозащиты, надо иметь высококлассных специалистов, знания которых передаются из поколения в поколение.  

ООО «ЛенПромАвтоматика» (ЛПА) – одна из немногих появившихся в девяностые годы компаний, которые сразу начали заниматься собственными разработками. Сегодня, когда зарубежные вендоры открыто бойкотируют поставки в РФ, отечественные производители полного цикла выходят на своё законное первое место.

Приступив к созданию в 1999 году автоматизированных систем управления, предприятие столкнулось с дефицитом технических решений для обеспечения своей деятельности в области взрывозащиты объектов автоматизации. В частности, на рынке тогда практически отсутствовали барьеры искробезопасности с оптимальными характеристиками, приемлемой ценой и хорошим качеством. Примечательно то, что, несмотря на активное развитие компании и отрасли в целом, а также разработку новых изделий, самые первые барьеры, одним из которых был шунт-диодный барьер искробезопасности БИ-001, всё так же пользуются популярностью и спросом на рынке.

Чуть позже появились и на сегодняшний день по-прежнему существуют и развиваются несколько серий барьеров искробезопасности с гальванической развязкой: ЛПА, БИА и НБИ. Флагманом на данный момент является барьер искробезопасности ЛПА-151, так как контроль температуры всегда являлся приоритетным в нефтегазовом комплексе.

ЛПА-151 обеспечивает приём, линеаризацию сигнала от термопреобразователей сопротивления (ТС) и термопар (ТП) в любом сочетании с последующим преобразованием в выходной унифицированный сигнал постоянного тока 4–20 мА. Это конфигурируемый барьер искробезопасности с полным гальваническим разделением и в то же время измерительный преобразователь, внесённый в реестр СИ и имеющий погрешность всего 0,1%. Может быть одно- или двухканальным, поддерживает трёх- и четырёхпроводную схему подключения ТС. Имеет широкие возможности самодиагностики (целостности программного обеспечения, наличия питания, неисправности во входных цепях и т.д.), высокую скорость преобразования, а также обеспечивает фильтрацию сигнала. С помощью светодиодной индикации визуальная диагностика состояния оборудования становится максимально простой и удобной. 

Относительно недавно ЛПА работает ещё в одном направлении – создание приёмопередатчиков для волоконно-оптических линий связи. В приёмопередатчике ЛПА-501 реализован помехозащищённый обмен по ВОЛС с применением избыточного кодирования. Приёмопередатчик имеет широкие возможности и является конфигурируемым. Например, пользователь сможет подобрать под конкретную задачу оптимальное соотношение избыточность/
задержка. 

Разумеется, тенденции мирового рынка АСУ ТП задают свои тренды. Зарубежные производители и ранее не были готовы размещать в РФ производство перспективных систем, однако это не повод, чтобы отечественная промышленность не занималась разработкой современных систем самостоятельно. Минимизация габаритов шкафов, снижение времени на пусконаладочные процессы, снижение возможности ошибки при монтаже, модульность – всё это уже есть в ЛПА, в отличие от отечественных производителей. Новая линейка изделий включает в себя объединительный модуль ЛПА-300 и барьеры искробезопасности ЛПА-310, ЛПА-340 и ЛПА-350. Специалисты компании провели значительную работу над тем, чтобы добавить устройствам новую функциональность, сохранили и улучшили удачные решения прошлых разработок, а также объединили все изделия в одну экосистему. Рассмотрим подробней состав новой линейки.

Объединительный модуль (барьерная плата) ЛПА‑300 (рис. 1) – это базовая плата для установки барьеров искробезопасности.

Модуль обладает набором стандартных для терминальных панелей возможностей. Не секрет, что барьерные платы, или терминальные панели, пользуются заслуженной популярностью, поскольку увеличивают скорость монтажа оборудования и сводят к минимуму ошибки подключения. Как и большинство барьерных плат, модуль ЛПА-300 реализует механическую коммутацию выходных сигналов устанавливаемого оборудования на системный разъём. Однако, в отличие от аналогичных решений, в данном случае подключение к конкретной системе осуществляется с помощью разъёма на стандартизированном переходнике. Это даёт возможность заложить универсальный разъём на этапе проектирования, а затем легко интегрировать модуль в любую систему с помощью переходника со специфичным для системы разъёмом.

Кроме указанной функции модуль ЛПА-300 позволяет подавать на барьеры питание с возможностью его дублирования, устанавливать разные диапазоны питающего напряжения в зависимости от применяемых барьеров
искробезопасности и диагностировать выход за границы диапазона питающего напряжения по обоим источникам питания.

Барьерная плата ЛПА-300 осуществляет поканальную диагностику установленного оборудования. Все барьеры с гальванической развязкой имеют внутреннюю диагностику канала разной степени сложности и передают на объединительный модуль дискретные сигналы неисправности по каждому каналу. Существуют барьеры,  обладающие функцией расширенной диагностики, которые передают на объединительный модуль сигналы неисправности не дискретно, а в виде  кода ошибки. Например, искробезопасный преобразователь температуры ЛПА-350 диагностирует 16 внутренних параметров, таких как связь с АЦП или контроль рабочей температуры интегральных компонентов.

Объединительный модуль способен извещать о внутренней неисправности или неисправности установленного оборудования разными способами. Светодиодная индикация сообщает о работоспособности микроконтроллера, выходе питания за пределы настроенного диапазона и неисправности любого из каналов установ-ленных барьеров. Три выходных реле с перекидным контактом переключаются при обнаружении неисправ-ности в любом из источников питания и ошибке в каком-либо из информационных каналов. Наконец, для конфигурирования и расширенной диагностики модуль ЛПА-300 снабжён интерфейсом RS-485 и поддерживает протокол Modbus RTU. Посредством последовательного интерфейса можно получить информацию об уровне напряжения питания по каждому источнику, выяснить, в каком именно канале обнаружена неисправность, а также узнать код ошибки конкретной неисправности.

Для начала работы с модулем не требуется подключаться к нему по последовательному интерфейсу. Базовое конфигурирование осуществляется с помощью DIP-переключателя.

Конструктивно ЛПА-300 представляет собой панель для 8 или 16 барьеров искробезопасности с возможностью установки на DIN-рельс шириной 35 мм или на панель.

Хотя использовать объединительный модуль ЛПА-300 необязательно, он позволяет в полной мере раскрыть   функциональность барьеров искробезопасности линейки ЛПА-3, к которым мы сейчас перейдём.

Все барьеры, входящие в новую линейку ЛПА-3хх, выпускаются в тонком корпусе собственной разработки ООО «ЛенПромАвтоматика». Габариты ЛПА-310, ЛПА-340 и ЛПА-350 состав-ляют 140×130×12,5 мм (рис. 2). Изделия оснащены шестью двухконтактными колодками для подключения внешних цепей. В нижней части корпуса присутствует специальный разъём для коммуникации с объединительным модулем.

Возможны следующие сценарии использования барьеров искробезопасности в составе линейки ЛПА-3хх:
  • барьеры устанавливаются на DIN-рельс шириной 35 мм. Внешние цепи подключаются к колодкам;
  • барьеры устанавливаются на DIN- рельс шириной 35 мм с поддержкой шины T-BUS. Внешние цепи подключаются к колодкам. Питание осуществляется через нижний разъём шины T-BUS. При наличии в барьере интерфейса RS-485 появляется возможность использовать функции УСО. Связь по последовательному интерфейсу также осуществляется через разъём шины T-BUS;
  • барьеры устанавливаются на объединительный модуль ЛПА-300. Внешние искробезопасные цепи подключаются к колодкам. Внешние искроопасные цепи коммутируются через объединительный модуль. Питание барьеров осуществляется через барьерную плату. Появляется возможность расширенной диагностики канала с помощью объединительного модуля. При наличии в барьере интерфейса RS-485 можно использовать барьер как УСО.
Искробезопасный повторитель сигналов ЛПА‑310 предназначен для передачи унифицированного сигнала постоянного тока 0(4)…20 мА. При разработке были дополнены функции широко известной и популярной линейки барьеров НБИ, например, добавлена поддержка протокола HART. 

Барьеры искробезопасности ЛПА-310 поддерживают двунаправленную передачу по протоколу HART. В них был реализован принципиально иной способ передачи сигнала через гальваническую развязку, что позволило добиться лучшей температурной стабильности во всём диапазоне рабочих температур. Применив ряд схемотехнических решений по организации искробезопасной цепи, разработчики смогли расширить номенклатуру поддерживаемых датчиков. Использование современных DC/DC-преобразователей помогло сократить до минимума тепловыделение в корпусе.

Барьеры искробезопасности ЛПА-310 осуществляют поканальную диагностику напряжения питания датчика с передачей сигнала неисправности на объединительный модуль ЛПА-300. Искробезопасные повторители сигналов выпускаются в одно- и двухканальных исполнениях. Также в номенклатуре присутствует специальная модификация для разветвления сигнала от одного источника на два гальванически развязанных выхода.

Барьеры искробезопасности ЛПА‑340 продолжили успешную линейку ЛПА-14х. Они обеспечивают приём и преобразование входных сигналов от дискретных датчиков стандарта NAMUR (EN 60947-5-6) и «сухой контакт» с поддержкой контроля целостности цепи.

При разработке барьеров ЛПА-340 были учтены пожелания заказчиков о внедрении расширенной функциональности «продвинутого» барьера ЛПА-142 в более дешёвые модели ЛПА-140 и ЛПА-141. 

Поэтому барьеры ЛПА-340 при невысокой стоимости получили возможность конфигурирования и такие дополнительные функции, как разветвление сигнала, блокировка ошибки входной цепи и инверсия выходного сигнала. Также в них была реализована диагностика внутренних питающих цепей барьера искрозащиты, включая питание искробезопасной части с формированием приоритетного сигнала ошибки.

Барьеры ЛПА-340 имеют три типа выходных сигналов: оптореле, открытый коллектор и NAMUR с формированием четырёх состояний: КЗ, датчик замкнут, датчик разомкнут, обрыв. Барьеры поддерживают приём дискретных сигналов с частотой до 5 кГц.

Барьеры выпускаются в одно- и двухканальных исполнениях. Все двухканальные исполнения имеют возможность разветвления входного сигнала. Одноканальное исполнение выдаёт сигнал неисправности не только на объединительную плату через нижний разъём, но и на свободные клеммы второго канала.

Искробезопасные преобразователи температуры ЛПА‑350 предназначены для приёма сигналов термосопротивлений и термопар и их преобразования в выходной потенциальный или токовый сигнал. Они унаследовали функциональность от не имеющего аналогов на российском рынке барьера ЛПА-151 и получили дополнительные функции, такие как конфигурируемый потенциальный или токовый выход, наличие интерфейса RS-485, расширенная самодиагностика по 16 параметрам. С помощью специальных схемотехнических решений в преобразователях ЛПА-350 была повышена стабильность эксплуатационных характеристик во всём диапазоне рабочих температур.

От ЛПА-151 искробезопасные преобразователи температуры ЛПА-350 унаследовали широкие возможности конфигурирования. С помощью бесплатного программного обеспечения можно установить параметры и алгоритмы фильтрации входного сигнала, выбрать тип датчика и НСХ преобразования, установить минимальные и максимальные значения границ диапазона измерений, настроить компенсацию холодного спая термопары по второму
каналу и т.д. Сохранена программно настраиваемая возможность разветвления сигнала. Новая функция считывания результатов измерений по интерфейсу RS-485 с поддержкой протокола Modbus RTU позволяет превратить преобразователь температуры в полноценное УСО.

Преобразователи ЛПА-350 выпускаются в различных модификациях. Например, можно варьировать количество входов и выходов или полностью отказаться от аналоговых выходов в пользу коммуникации с барьером через последовательный интерфейс.

Говоря о преобразователе ЛПА-350, нельзя не упомянуть о дополнительном модуле ЛПА‑840 (рис. 3), который превращает аналоговый выход искробезопасного преобразователя в дискретный. Уставки гибко настраиваются при конфигурировании преобразователя.

Разработчики надеются, что смогли создать многофункциональную и гибкую экосистему для решения целого ряда различных задач. К настоящему времени на новые барьеры искробезопасности получен сертификат соответствия ТР ТС 012/2011 «О безопасности оборудования для работы во взрывоопасных средах». 

В ближайшее время барьеры ЛПА-310 и ЛПА-350, осуществляющие преобразование аналоговых сигналов, будут сертифицированы как средства измерения. 

Также в планах компании – получение сертификата SIL (уровень полноты безопасности), что позволит использовать новые изделия линейки ЛПА-3хх в системах противоаварийной защиты.

В дальнейшем коллектив компании «ЛенПромАвтоматика» планирует расширять линейку ЛПА-3хх. Ведётся работа над барьерами для передачи аналоговых и дискретных сигналов во взрывоопасную зону. 

Также со временем модельный ряд барьеров искробезопасности будет пополняться изделиями с функциями УСО. ●

Автор – сотрудник фирмы ПРОСОФТ
Телефон: (495) 234-0636
E-mail: info@prosoft.ru



ПОДПИСАТЬСЯ НА НОВОСТИ

Будьте всегда в курсе самых свежих новостей
и узнавайте первыми о содержании нового номера

Подписка на новости

РЕКОМЕНДУЕМ