Взрывобезопасные системы автоматизации компании GM International

Зачем нужны взрывобезопасные мультиплексоры

Современные производства битком набиты всяческими датчиками, которые требуется контролировать в реальном времени. Сбор данных со многих сотен и даже тысяч датчиков и передача этих данных в ПЛК для обработки может стать серьёзной проблемой. А если ситуация усугубляется необходимостью работы во взрывоопасной среде, тут уже стандартными средствами задачу не решить вовсе.
Системы мультиплексирования, которым посвящена наша статья, призваны радикально облегчить задачу. Они обеспечивают безопасную «развязку» со взрывоопасной зоной, а также собирают и передают множество различных сигналов всего по двум проводам. При этом вам уже не потребуется устанавливать барьеры искрозащиты на выход каждого датчика в отдельности, а также беспокоиться о прокладке дополнительных линий связи в случае увеличения количества подключённых к системе датчиков.

Почему GMI

Компания GM International (бывшая Elcon Instruments) с 1970 года проектирует и производит полноценную линейку искробезопасных продуктов, отвечающих самым высоким требованиям качества и обеспеченных строгими стандартами производства. Безопасность, производительность, надёжность и наличие исчерпывающей документации являются сильными сторонами продуктов компании. Поддержка и консультирование также составляют неотъемлемую часть сервиса GM International: компания фактически обеспечивает поддержку клиентов на всех этапах, от планирования до реализации их приложения. GM International серти­фици­рована TU .. V на соответствие стандарту IEC 61508:2010 для функциональных систем безопасности до уровня SIL3. С 1993 года её изделия пользуются спросом в нефтехимии, газодобыче и переработке, горнодобывающей и деревообрабатывающей промышленности. Около 20% персонала компании непосредственно заняты новыми разработками и тестированием оборудования. 100% про­дукции компании производится на заводе в Италии (штаб-квартира расположена в Милане). Компания имеет семь офисов (рис. 1) и 58 локальных авторизованных дистрибьюторов в разных странах. Для своих клиентов GM International проводит специализированные курсы по функциональной безопасности. Все курсы читаются специально сертифицированными специалистами.

В этом обзоре мы расскажем о двух продуктах компании GM International, предназначенных для работы в условиях взрывоопасной окружающей среды, – хорошо зарекомендовавшей себя мультиплексорной системе D2000M и новом революционном HART-решении.

Система D2000M: проверенная безопасность

Система мультиплексирования сигналов D2000M состоит из целого ряда компонентов и предназначена для мультиплексирования аналоговых и диск­ретных сигналов. Она сертифицирована для установки в зоне 1. Мультиплексор позволяет передавать сигналы с высокой плотностью – до 256 аналоговых и до 128 дискретных сигналов по двум проводам, при этом система на его базе может быть расширена до 7936 входов. В качестве входных сигналов могут использоваться сигналы от термопар,
2-3-4-проводных резистивных датчиков температуры, потенциометров, сигналы датчиков сопротивления, тока и напряжения, «сухого» контакта. Мультиплексор обеспечивает межканальную изоляцию до напряжения 500 В, защиту от интерференции сигнала и короткого замыкания на землю.
Структурно система состоит из модулей сбора аналоговых и дискретных данных (полевые модули), располагаемых во взрывоопасной зоне, и модуля шлюза, находящегося во взрывобезопасной зоне. Шлюз соединён с модулями сбора данных двухпроводной линией. Обмен данными между шлюзом и полевыми устройствами происходит по собственному протоколу GMI, а между шлюзом и компьютером – по стандартному протоколу Modbus (рис. 2).

Модуль шлюза D2050M является также источником питания для всей системы. В качестве подключаемых полевых устройств могут использоваться аналоговые модули D2010M с 18-битовой точностью преобразования, дискретные модули D2030M, релейные модули (D2052M) и транзисторные повторители (D2053M). Полевые модули могут быть установлены на удалении почти 5 км от модуля шлюза, а линии связи резервируются для повышения надёжности.

На рис. 3 приведена типовая схема подключения для сбора данных от 122 аналоговых и 64 дискретных источников сигнала (рис. 4).

Протокол HART во взрывобезопасной автоматизации

Протокол HART (Highway Addressable Remote Transducer – магистральный адресуемый удалённый преобразователь) – один из старейших стандартизированных промышленных протоколов на основе токовой петли. Изначально он предназначался для последовательного обмена данными на уровне полевых устройств. В этом же качестве он используется и сейчас.
Преимуществом его с самого рождения являлось то, что и питание датчика с HART-интерфейсом (рис. 5), и снятие с него показаний осуществляется по двухпроводной линии.

В настоящее время протокол получил расширение для обмена информацией по беспроводным каналам. Классический HART-протокол функционирует по принципу ведущий–ведомый. Это означает, что все датчики и исполнительные устройства в HART-сети являются ведомыми и обмениваются информацией под управлением ведущего узла (HART-коммуникатора, компьютера или контроллера). Несмотря на свой почтенный возраст, низкую скорость и относительно низкую надёжность передачи данных, этот протокол не утратил актуальность и сегодня. Он активно используется для обмена данными и конфигурирования интеллектуальных датчиков. Во взрывобезопасном оборудовании, о котором пойдёт речь далее в статье, HART-протокол получил широкое распространение благодаря тому, что используемый в нём сигнал (4–20 мА) удовлетворяет требованиям искробезопасности.
В настоящее время стандарт HART поддерживается международной организацией HART Communication Foundation (HCF), членом которой является компания GM International.

HART-решения от GM International: оптимально для больших систем

Совсем недавно компания GM International анонсировала новую мультиплексорную систему с HART-интерфейсом, способную значительно снизить количество модемных модулей при сохранении очень высокой степени интеграции: она способна управлять 7936 каналами. Новый интерфейс за счёт разделения модемного и мультиплексорного модулей и интеграции модулей мультиплексора с объединительной платой (TB-D5001-HRT) расширяем до 7936 ка­налов с использованием всего 31 модуля. При этом в отличие о типовых HART-систем, требующих для этих же целей 496 модулей, достигается экономия 465 модулей мультиплексоров (табл. 1).

Таким образом, по сравнению с доступными ныне на рынке классическими системами HART, мультиплексорная HART-система от GM International существенно снижает стои­мость системы в целом. Скорость передачи данных в системе также была значительно улучшена и достигает 115 200 бит/с. Сравните это со стандартным значением 8 400 бит/с
у других систем, представленных на рынке. Новая мультиплексорная система представляет собой по-настоящему революционную инновацию и обеспечивает множество дополнительных преимуществ: в дополнение к её наилучшей производительности существенно снижаются затраты за счёт удешевления обслуживания, меньшего количества компонентов – кабелей и запасных частей, в результате чего уменьшается потребность в складских запасах. Как почти все системы и компоненты GM International, HART-система сертифицирована для применения в приложениях с уровнем безопасности SIL3 в соответствии с IEC 61508 и IEC 61511 (рис. 6).

Система включает модули мультиплексорных модемов GM5700 (рис. 7), интегрированные посредством объединительной платы TB-D5001-HRT-003 или TB-D5001-HRT-004.

При этом не требуется разделение на ведущие и ведомые модули, так как мультиплексоры сами работают в качестве передатчиков HART-сигнала. Каждый модуль GM5700 обеспечивает 256 каналов. Модуль имеет трёхуровневую (источник питания–интерфейс–каналы) гальваническую изоляцию и поддерживает режим работы multidrop, благодаря которому к порту компьютера по протоколу RS-485 HART можно подключить до 63 модемов 5700 (16 128 петель).
Таким образом, можно напрямую объединить до четырёх плат TB-D5001-HRT-003/004, что даёт до 7936 каналов. Структура решения на основе новой системы приведена на рис. 8.

Как уже было сказано, система позволяет получить заметный выигрыш по сравнению с применением типового решения (рис. 9).

Заключение

Взрывобезопасные системы компании GM International эксплуатируются на многих производствах и показали свою исключительную надёжность, обеспеченную передовой схемотехникой, качественной элементной базой, 100% контролем качества и выходным тестированием продукции. Решения GMI отличает также и хорошее соотношение цена–функциональность. Приведённые примеры и параметры описанных систем, несомненно, интересны для специалистов. ●

E-mail: textoed@gmail.com