Műszaki áttekintés - IEC 1158-2 átvitel a PA-hoz

2.2.2 IEC 1158-2 átvitel a PA-hoz

Az IEC 1158-2 szabvánnyal összhangban levő átviteli technológia megfelel a vegyipar követelményeinek. Nagy megbízhatóságú és lehetővé teszi a terepi eszközök buszon keresztüli tápfeszültség-ellátását. Ez a technológia egy bitszinkron protokoll, folyamatos árammentes átvitellel. Gyakran hivatkoznak rá H1 néven is. Az IEC 1158-2 technológiát a PROFIBUS-PA használja. Az átvitel alapjai a következők:

Minden szegmensnek egy tápegysége van.
Egy állomás adási ideje alatt nincs tápfeszültség a buszon.
Minden terepi eszköz konstans alapáramot fogyaszt.
A terepi eszközök passzív áramnyelőként működnek.
A fő buszvonal mindkét végére passzív buszvégződést kell elhelyezni.
Lineáris-, fa- és csillag topológiájú hálózatok megengedettek.
A megbízhatóság növelése érdekében redundáns busz szegmensek is kialakíthatók.

Feltételezhető, hogy állomásonként 10mA alapáram szükséges az eszköz működéséhez. A kommunikációs jelzéseket az adóberendezés állítja elő az alapáram +/- 9 mA-es modulációjával.

2.2.2.1 IEC-1158 átvitel - installációs tudnivalók

Általában a vezérlő szobában helyezik el a folyamatszabályozási rendszert, a vezérlő eszközöket, a monitorokat és a szegmenscsatolókat, melyek az IEC 1158-2 átvitelt használó szegmenseket kapcsolják össze az RS 485 átvitelű szegmensekkel. A szegmenscsatolók illesztik az RS 485 jelzéseket az IEC 1158-2 jelzésekhez. Ezek biztosítják az áramot is a terepi eszközök távoli tápfeszültség-ellátásához. Az tápegység korlátozza az IEC 1158-2 szegmens feszültségét és áramát.

Adatátvitel	Digitális, bitszinkron, Manchester kódolású
Átviteli sebesség	31.25 kbit/sec, feszültség módú
Adatbiztonság	Előhang (preamble), hibatűrő start és end delimiter
Kábelezés	Kétvezetékes sodrott érpár (árnyékolt/árnyékolatlan)
Távoli tápfeszültség-ellátás	Opcionális, az adatvonalakon keresztül
Hibatűrés típusa	Nagy megbízhatóságú/kevésbé megbízható működés lehetséges
Topológia	Vonal és fa topológia, vagy ezek kombinációja
Az állomások száma	32 állomás szegmensenként, összesen maximum 126
Repeater	Maximum 4 repeater használható

3. táblázat: Az IEC 1158-2 átviteli technológia jellemzői

Hálózati topológiaként a PROFIBUS-PA a vonal és fa struktúrákat, vagy ezek kombinációit támogatja (5. ábra). The line structure permits connection points along the fieldbus cable similar to the installation of power supply circuits. The fieldbus cable can be looped through the field devices. Branches for connection of one or more field devices are also possible. The tree structure can be compared to the classic field installation technique.

5. ábra: A folyamat automatizálás egy tipikus konfigurációja

A kétvezetékes buszkábel felváltotta a sokvezetékes master kábelt. Megmaradt a terepi elosztó használata az eszközök csatlakoztatására és a buszvégződés elhelyezésére. A fa struktúra használatakor a terepbusz szegmensre csatlakozó összes eszköz párhuzamosan be van kötve a terepi elosztóba is.

Kábelezés	árnyékolt sodrott érpár
Vezető terület (névleges)	0.8 mm² (AWG 18)
Hurokellenállás (direkt áram)	44 Ohm/km
Impedancia 31.25 kHz-en	100 Ohm ±20%
Csillapítás 39 kHz-en	3 dB/km
Kapacitív aszimmetria	2 nF/km

4. táblázat: Az IEC 1158-2 átvitel referencia kábelének jellemzői

A fa és vonal struktúrák kombinációja lehetővé teszi a busz hosszának optimalizálását és a meglévő rendszerhez illesztését. A lezárás nélküli vonalak maximális megengedhető hosszát figyelembe kell venni. Átviteli közegként a kétvezetékes kábel (árnyékolt/árnyékolatlan) használatos. (4. táblázat) Ajánlott a táblázatban szereplő referencia kábel használata. Az ennél nagyobb vezető területű kábelek szintén elfogadhatóak.

A fő buszkábel mindkét vége passzív buszvégződéssel van ellátva, ami sorba kapcsolt RC elemekből áll (R=100 Ohm és C=1 µF). Egy állomás fordított polaritású csatlakoztatása nincs hatással a buszra. Ajánlott az eszközök automatikus polaritás-felismerővel való ellátása, így az eszközök bekötésüktől függetlenül helyesen működhetnek.

Az egy szegmensre csatlakoztatható állomások maximális száma 32. Ezt a számot csökkentheti a választott hibatűrési típus és a buszon keresztüli tápfeszültség-ellátás. Nagy megbízhatóságú hálózatok működtetésekor mind a maximális tápfeszültség, mind a maximális tápáram pontosan definiált. A távoli tápegység teljesítménye még kevésbé megbízható működés esetén is limitált.

Típus	Alkalmazási terület	Tápfeszültség	Maximális tápáram	Maximális teljesítmény	Az állomások tipikus^* száma
I.	EEx ia/ib IIC	13.5 V	110 mA	1.8 W	8
II.	EEx ib IIC	13.5 V	110 mA	1.8 W	8
III.	EEx ib IIB	13.5 V	250 mA	4.2 W	22
IV.	Kevésbé megbízható	24 V	500 mA	12 W	32

5. táblázat: A szabványos tápegység paraméterei
^* Feltételeztük az eszközök 10 mA-es áramfelvételét. Ha egy eszköz fogyasztása ennél nagyobb, a csatlakoztatható eszközök száma ennek megfelelően csökken.

Ökölszabály a maximális vonalhossz meghatározására: számítsuk ki az áramfelvételt, válasszunk egy tápegységet az 5. táblázatból, és a választott kábeltípusra határozzuk meg a vonal hosszát a 6. táblázatból. Az áramfelvétel a terepi eszközök alap áramfelvételének, az oparátor eszközének, a busz master csatolójának, a repeaterek áramfelvételének és az FDE (Fault Disconnect Equipment) küszöbáramának összegeként adódik. A küszöbáram a buszhoz csatlakozó összes eszközre számítandó, a hiba esetén mérhető maximális áram és a normál működés alatti áram különbségeként. A legnagyobb küszöbáramú eszköznek elsőbbsége van (precedencia).

Tápegység		I. típus	II. típus	III. típus	IV. típus	IV. típus	IV. típus
Tápfeszültség	V	13.5	13.5	13.5	24	24	2
Maximális áramfelvétel	mA	<= 110	<= 110	<= 250	<= 110	<= 250	<= 500
Vonalhossz, ha q = 0.8 mm² (referencia)	m	<= 900	<= 900	<= 400	<= 1900	<= 1300	<= 650
Vonalhossz, ha q = 1.5 mm² (referencia)	m	<= 1000	<= 1500	<= 500	<= 1900	<= 1900	<= 1900

6. táblázat: Vonalhosszak IEC 1158-2 átvitel esetén

2.2.2.2 Külső tápegység

Nagy megbízhatóságú buszra a buszon keresztüli tápfeszültség-ellátású eszközök mellé akkor csatlakoztathatók külső tápfeszültség-ellátású berendezések, ha az EN 50 020 szabványnak megfelelően vannak leválasztva.

2.2.1 RS 485 átvitel a DP-hez és az FMS-hez Index
2.2.3 Száloptikás átvitel