FOUNDATION TM Fieldbus technology

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Silvano Paolini
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1 Fieldbus Foundation Freedom to choose. Power to integrate Italia FOUNDATION TM Fieldbus technology Relatore :

2 Design Guidelines Due possibili approcci: Teoria: Calcolo e verifica di ogni segmento Pratica: Approccio Worst Case

3 Design Guidelines Analisi di Rischio Espandibilità (Gestione dello Spare) Tempo di Ciclo del Network H1 Caduta di tensione e Limitazione di Corrente

4 Design Guidelines Analisi di Rischio Espandibilità (Gestione dello Spare) Tempo di Ciclo del Network H1 Caduta di tensione e Limitazione di Corrente

5 Analisi di Rischio Italia Le tecniche più utilizzate FMEA (Failure Mode Effect Analysis) HAZOP (Hazard and Operability Study) FTA (Fault Tree Analysis) HACCP (Hazard Analysis and Critical Control Points) I risultati Identificazione del livello di rischio Attuazione delle strategie per limitare il Rischio a secondo del livello

(Hazard Analysis and Critical Control Points) I risultati Identificazione del

6 Analisi di Rischio Naturalmente... Questa Analisi di Rischio non ha nulla a che fare con l analisi ai fini della sicurezza (Safety Risk Analysis/Assessment) Questa Analisi di Rischio è il più delle volte la stessa che si esegue anche per le soluzione tradizionali per decidere assegnamento I/O, segregazioni, ridondanze, etc. Nel caso del FF si decide in che modo/numero le devices sono assegnate ai segmenti.

Risk Analysis/Assessment) Questa Analisi di Rischio è il più delle volte la stessa che si esegue anche

7 Analisi di Rischio Italia Ipotesi tipica di risultati Rischio Alto (Livello 1 Controllo) Rischio Medio (Livello 2 Controllo) Rischio Basso (Livello 3 Controllo) Nessun Rischio (Livello 4 Monitoraggio)

8 Analisi di Rischio Rischio Alto (Livello 1 - Controllo) Le devices di Livello 1 devono essere connesse su network H1 dedicati al controllo di loop di solo Livello 1. E possibile al massimo connettere due loop di livello 1 se i loop sono indipendenti (ovvero i due loop non controllano lo stesso equipment).

9 Analisi di Rischio Rischio Medio (Livello 2 - Controllo) Le devices di Livello 2 devono essere collegate a segmenti che sono utilizzate solo per il controllo (no monitoraggio). Il segmento deve normalmente connettere le devices di 1 loop di Livello 2. E possibile al massimo connettere due loop di livello 2 o un loop di Livello 2 ed un loop di Livello 3 se i loop sono indipendenti (ovvero i due loop non controllano lo stesso equipment).

Il segmento deve normalmente connettere le devices di 1 loop di Livello 2.

10 Analisi di Rischio Rischio basso (Livello 3 - Controllo) I loop di Livello 3 possono essere collegati su segmenti FF per un massimo di 4 loop. E possibile anche avere sullo stesso segmento un loop di Livello 3 ed un loop di Livello 2. I network a cui sono connessi loop di solo Livello 3 possono anche contenere device di Livello 4 (monitoraggio).

E possibile anche avere sullo stesso segmento un loop di Livello 3 ed un loop di

11 Analisi di Rischio Nessun Rischio (Livello 4 - Monitoraggio) Le devices di Livello 4 possono essere installate su un network FF fino al massimo numero possibile (16) con considerazioni legate solo a limitazioni fisiche e/o di layout di impianto.

network FF fino al massimo numero possibile (16) con

12 Design Guidelines Analisi di Rischio Espandibilità (Gestione dello Spare) Tempo di Ciclo del Network H1 Caduta di tensione e Limitazione di Corrente

13 Espandibilità Considerazioni Teoriche/Pratiche Il segmento dovrebbe essere dimensionato per permettere il 25% di espandibilità Il segmento dovrebbe essere quindi in grado di poter gestire in futuro l aggiunta di 1 loop di controllo (cioè almeno 1 trasmettitore ed 1 elemento finale)

dovrebbe essere quindi in grado di poter gestire in futuro l aggiunta

14 Design Guidelines Analisi di Rischio Espandibilità (Gestione dello Spare) Tempo di Ciclo del Network H1 Caduta di tensione e Limitazione di Corrente

15 Tempo di Ciclo Italia Considerazioni Teoriche Calcolare tempi di ciclo (device e loop di controllo) Considerazioni Pratiche Definendo un tempo di ciclo di un secondo otteniamo; Segmenti senza loop di controllo: il limite è 12 devices Segmenti con loop di controllo: il limite è 12 devices (max 4 valvole) Definendo un tempo di ciclo di 0.5 secondi: Segmenti con loop di controllo: il limite è 6 devices (max 2 valvole) Definendo un tempo di ciclo di 0,25 secondi: Segmenti con loop di controllo: il limite è 3 devices (max 1 valvola)

il limite è 12 devices (max 4 valvole) Definendo un tempo di ciclo di 0.

16 Tempo di Macrociclo 1 loop 240 ms AI ms ms PID 120 ms AO 60 ms CD Traffic

17 Aggiunta del 2 Loop 270 ms AI PID AO AI ms ms ms PID 120 ms AO 60 ms CD Traffic

18 Design Guidelines Analisi di Rischio Espandibilità (Gestione dello Spare) Tempo di Ciclo del Network H1 Caduta di tensione e Limitazione di Corrente

19 Tensioni e Correnti Italia Considerazioni Teoriche E necessaria una analisi di ogni circuito per verificare la tensione disponibile per ogni device Considerazioni Pratiche La realtà è molto più semplice della teoria: Esempio: si assume che una device assorba in media 15 ma. Nessun segmento può avere più di 16 device. Si definisce che nessun segmento sia più lungo di 1000 mt. Utilizzando l approccio worst case si esamina il caso in cui tutte e 16 le devices siano alla fine del segmento. L assorbimento totale è 16 x 15=240 ma. Introducendo in specifica la fornitura di cavi FF con una resistenza di 44 ohm/km la caduta di tensione al massimo può essere 44 x 0.24=10.6 V. La tensione minima di funzionamento di ogni device è 9 VDC. Si deduce che in specifica si dovrà inserire la fornitura di Alimentatori minimo da =19.6 V + Spare.

Utilizzando l approccio worst case si esamina il caso in cui tutte e 16 le devices siano alla fine del segmento. L assorbimento totale è 16 x 15=240 ma.

20 Design Guidelines Due possibili approcci: Teoria: Calcolo e verifica di ogni segmento Pratica: Approccio Worst Case...TIRANDO LE SOMME...

21 Design Guidelines La realtà Italia Analisi di Rischio Se Controllo in Campo -> Porre attenzione al Tempo di Ciclo Se Controllo nel DCS -> simile/identico all approccio tradizionale Layout di Segmento Se Area Non EEX -> albero Se Area EEX -> albero (99,9% ibrido EExe/EExi)

22 Layout di segmento Junction Box Bus con derivazioni In catena Albero Bassa Densità NON Raccomandato Alta Densità

23 Soluzione Ibrida EEx e + EEx i Italia RAMO PRIMARIO (TRUNK) 32 Vcc, 1 A Zone 0/1 Dual Fault alarm Zona 1 1 -Linea con tecnologia EEx e, idonea alla Zona 1 tramite normali cavi CEI Alimentazione da Power Supply fino a 1A 32 Vcc -Lunghezza BUS H1 EEx e fino a 1900 m -Terminatore incorporato (selezionabile) -Nr. di strumenti collegabili al BUS fino a 31 in relazione all energia di 1A, resa disponibile dal Power Supply RAMO SECONDARIO (SPUR) -Linea in tecnologia EEx ia IIC idonea alla Zona 0 -Modello FISCO od ENTITY supportato -Massima corrente 40mA per uscita -Protezione dal corto circuito su ogni ramo -Separazione galvanica per garantire la sicurezza del BUS -Rigenerazione segnale -Lunghezza massima 120m, senza terminatore

24 Engineering & Design Guideline AG-181 Italia

25 Design Guidelines Due possibili approcci: Teoria: Calcolo e verifica di ogni segmento Pratica: Approccio Worst Case

26 Design Guidelines TRE possibili approcci: Teoria: Calcolo e verifica di ogni segmento Pratica: Approccio Worst Case Utilizzo di tools dedicati

27 Tools di progettazione reti H1

28 Tools di progettazione reti H1 Italia

29 Tools di progettazione reti H1 Italia

30 Design Guidelines Domande?

31 GRAZIE

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