De PROFINET,. PROFIBUS & IO-Link dag 7 juni 2012
Profibus ook de juiste techniek in applicaties met explosie risico
Onderwerpen 3 Explosie driehoek Temperatuur- en gasklassen Zonering Apparaat markeringen Beschermtechnieken en methoden Profibus met FISCO Toepassingen Engineering wenken Samenvatting/conclusie
Explosie driehoek 4 Ontstekingsbron Warmte Vonk Gas Stof ATEX Lucht
Eigenschappen van gassen bij ontsteking door vonken 5 1,0 Ontsteekenergie (mjoule) Propaan-lucht (1 bar) Ethyleen-lucht (1 bar) Waterstof-lucht (1 bar) 0,1 Minimum Ontsteek Energie (MIE) 0,01 Lower Explosive Limit (LEL) Brandbaar gebied 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Volume concentratie (%) (UEL) Upper Explosive Limit
Explosiegrenzen 6 Gas/lucht mengsels zijn ontsteekbaar over een concentratiegebied, het: Brandbaar gebied Materiaal Lower Explosive Limit Upper Explosive Limit Minimum LEL UEL ontsteekenergie * propaan 2 % 9,5 % 180µJ ethyleen 2,7 % 34 % 60µJ waterstof 4 % 76 % 20µJ * van meest makkelijk ontsteekbaar mengsel (MEIC)
Gas Groep: de twee hoofdsystemen 7 Referentie (test) gas/stof IEC landen inclusief EEG Gas Groep indeling USA & Canada Ontsteekbaarheid Acetyleen Waterstof Ethyleen Propaan Firedamp Groep IIC Groep IIC Groep IIB Groep IIA G Groep I (mijnbouw) Class I, Group A Class I, Group B Class I, Group C Class I, Group D (Geen classificatie) Makkelijker te ontsteken Metaalstof Koolstof Bloem, zetmeel, graan Stof (nog) niet ingedeeld D Class II, Group E Class II, Group F Class II, Group G Vezels & vlokken Class III Firedamp = Combinatie Methaangas en Koolstof
Temperatuur Klasse 8 Brandbare stoffen hebben een temperatuur waarbij spontane ontbranding plaatsvindt, zelfs zonder externe bron Ontsteektemperatuur van die stof Apparaten dienen zodanig geselecteerd te worden dat ze het gasmengsel niet blootstellen aan temperaturen boven de ontsteektemperatuur
Gas/apparaat compatibiliteit 9 Gas Ontsteektemperatuur Ammoniak 630 Waterstof 560 Methaan 537 Propaan 470 Ethyleen 425 Butaan 365 700 600 500 400 Apparaat Temperatuur Classificatie T1 300 T2 Cyclohexaan 259 Diethylether 170 200 T3 Zwavelkoolstof 95 100 T4 T6 T5
Temperatuur Klasse (IEC/Europa) 10 Temperatuur klasse T1 T2 T3 T4 T5 T6 Maximum oppervlakte temperatuur 450 C 300 C 200 C 135 C 100 C 85 C T omg = 40 C tenzij anders aangegeven Gebruik boven gegeven T omg noodzaakt nieuwe beoordeling Veiliger Apparaat
Gebiedsclassificatie: GASSEN in IEC/Europese landen 11 Gebieden worden geclassificeerd naar de waarschijnlijkheid dat een potentieel explosiegevaarlijke atmosfeer aanwezig is en tijdsduur waarop het er zal zijn Zone 0: een explosief gas-lucht mengsel is continu aanwezig of aanwezig voor lange periodes Zone 1: er is een grote kans dat een explosief gas-lucht mengsel aanwezig is onder normale bedrijfssituatie Zone 2: het is niet waarschijnlijk dat onder normaal bedrijf een explosief gas-lucht mengsel aanwezig is, en als het voorkomt dan slechts voor korte tijd
Voorbeeld plant zone-indeling 12 gevaarlijk gebied zone 1 gevaarlijk gebied zone 2 niet-gevaarlijk gebied C (= luchtinlaat analyzer-huis) controlekamer maaiveld put tank
Waarom explosieveilige installaties 13
Apparatuur Markering CENELEC 14 E Ex d IIB T6 CENELEC/IEC Gas Groep Type van protectiecode Temperatuur Klasse (Groep II) IIA Propaan IIB Ethyleen IIC Waterstof Letter van toegepaste techniek Explosie protectiesymbool Overeenstemming met Europese Standaard T1 = 450 C T2 = 300 C T3 = 200 C T4 = 135 C T5 = 100 C T6 = 85 C Referentie is omgeving van -20 tot +40 C, tenzij anders aangegeven Markering voor gassen
Apparatuur Markering ATEX 15 CE Markering EC symbool explosieve atmosfeer (epsilon x) Apparatuur Groep I = Mijnen - II = Niet-mijnen Apparatuur Categorie 1: Zone 0, 20-2: Zone 1, 21-3: Zone 2, 22 Soort explosieve atmosfeer Groep II: G = gas D = stof II 1 G ATEX 95 E Ex d IIB T6
Beschermingstechnieken elektrisch materieel Techniek Afscheiding Speciaal Ontwerp Beschermingtechniek Ex IEC EN standaard Typische toepassingen Overdruk p 60079-2 Controle kamers, analysers Olievulling o 60079-6 Transformators, schakelaars Zandvulling q 60079-5 Instrumentatie, machines Ingieten m 60079-28 Instrumentatie, spoelen Verhoogd veilig e 60079-7 Motoren, lampen, klemmen etc Niet-ontstekend n 60079-15 Instrumentatie, klemmen etc Energie limit. Intrinsiek veilig ia/ib 60079-11 Instrumentatie, regelapparaten Omhulling Drukvast d 60079-1 Schakelaars, motoren, pompen Speciaal Speciaal s - Algemene voorwaarden, alle technieken 60079-0 Altijd van toepassing
Typische beschermingsmethoden voor Profibus 17 Zone 0 Category 1 Ex ia Zone 1 Category 2 Ex ia, ib Ex d Ex e Ex m Zone 2 Category 3 Ex nl Ex na
Basis - PROFIBUS Netwerk 18 PROFIBUS Master Segment 1 Segment 2 Segment 3 Segment 4 max. 32 DP Slaves max. 32 DP Slaves max. 32 DP Slaves max. 32 DP Slaves PROFIBUS DP < 12 Mbit/s Glasvezel kabel R R R PA I.S. PA DP Segment 5 (Niet Ex-gebied) max. 32 PA Slaves PROFIBUS PA 31,25kbit/s; High Power Trunk Niet Ex-gebied Ex-gebied PROFIBUS PA 31,25kbit/s; I.S. Segment 6 (Ex-gebied) max. 32 PA Slaves
Basis - PROFIBUS PA 19 PROFIBUS PA is een Veldbus Data & energie gezamelijk over één 2-Draadverbinding Gestandariseerd volgens IEC 61158-2 (Physical Layer) Tot125 apparaten zijn op een Master aan te sluiten Overdrachtsnelheid vast 31,25 kbit/s Per PROFIBUS segment tot 32 apparaten aan te sluiten Maximaal 4 repeaters (PROFIBUS DP staat 9 repeaters toe) Let op het totale stroom verbruik van alle apparaten De voedingsbron moet de totaal benodigde stroom leveren PROFIBUS PA staat een max. kabellengte van 1900m toe Let op de spanningsval over de veldbuskabel Maximaal toegestane spanning (Niet EX) is 32V DC Minimale spanning op het apparaat > 9V DC ( 10%) Maximale aftaklengte (Spur) is 120 m
Basis PROFIBUS PA met Ex i 20 Fieldbus Intrinsic Safety COncept FISCO IEC 60079-27: Begrenzing van de kabellengte (maximaal 1000 m met T-aftakkingen) Maximaal lengte aftakleiding (spur) 60 m Energiebegrenzing in het intrinsiekveilige deel van het systeem Mechanische afscherming (bekabeling en apparatuur) Eenvoudige aantoonbaarheid van intrinsieke veiligheid Producenten voldoen aan grenswaarden en bevestigen conformiteit Gebruiker dokumenteert conformiteit van apparaten en bekabeling.
Voorwaarden FISCO 21 Norm IEC 61158-2 Fieldbus Intrinsic Safe Concept Alle deelnemers, behalve de Power Supply, werken passief Alleen één actieve deelnemer per segment toegestaan De waarden U i, en I i van elke deelnemer moet groter of gelijk zijn aan de U 0, and I 0 van de Power Repeater (basis van intrinsieke veiligheid) De waarden C i en L i van elke deelnemer moet kleiner of gelijk zijn aan 5 nf resp. 10 µh (verwaarloosbaar klein; probleem ontwikkelaars!) De stroomopname van de deelnemer > 10 ma.
Basis PROFIBUS PA met Ex i 22 High-Power Trunk (als Ex-e) Kabels worden mechanisch en elektrisch van Ex-i gescheiden Energie wordt door Fieldbarriers in het veld begrensd Werkzaamheden aan apparatuur is mogelijk zonder gasvrij verklaring
PROFIBUS DP met Remote I/O 23 II 3 G EEx na II T4 II 1/2 Ex ia IIC/IIB T4 LI PI II 2 G Ex d IIC T4 LIC II 3 G Ex na II T6 FI Safe Zone Zone 2 II 3 G Zone 1 II 2 G Zone 0 II 1 G
PROFIBUS PA Zone 2 24 FISCO Ex ic LI PI DP PA LIC FI Safe Zone Zone 2
PROFIBUS PA voor Zone 1 25 Zone 2 High power trunk FISCO Ex ib LI PI DP PA LIC FI Safe Zone Zone 1
Engineering 26 Berekening van Ex loops Eex i interface R, L, C Veld instrument P o, U o, I o C o, L o P i, U i, I i C i, L i Procedure: Controleer Ex i veiligheid-parameters van alle instrumenten Controle voor overeenstemming: U o =< U i, I o =< I i, P o =< P i...voor elk instrument Evaluatie van netwerk capaciteit en inductie C i + C kabel =< C o L i + L kabel =< L o
Engineering 27 Ontwerp algemeen Bedrading DP Max. deelnemers < 31, anders repeaters nodig Kabellengte afhankelijk van de Baudrate LET OP! Bij toepassing van PA instrumenten goed letten op de configuratie in verband met het aantal adressen op DP bus. Verschil in transparant en modulair opgebouwde systemen. Onderhoud niet altijd werken aan draaiende installatie
Engineering 28 Ontwerp Ex installatie Bedrading DP Kabellengte Onderhoud Ex e verhoogde veiligheid, mechanische bescherming Ex i (intrinsiek veilig), bij voorkeur blauwe kabel BUS - Afhankelijk Baudrate Profibus DP IO- Afhankelijk van safety parameters indien van toepassing Voor intrinsiek veilige circuits moeten loopberekeningen worden gemaakt niet altijd werken aan installatie onder spanning Ex e = NIET Ex i = WEL Ex na = NIET Ex nl = WEL Ex d = NIET
Samenvatting 29 Algemeen Goede specificaties opstellen Aantal deelnemers per master DP/PA transparant of modulair Ex installatie Keuze voor beschermingswijze Noodzakelijke berekeningen,certificering voedingen voor PA segmenten kabellengtes Ex loops
Bedankt voor uw aandacht 30