Sistema di I/O remoto, robusto e altamente disponibile fino alla Zona 2

La digitalizzazione non si ferma all’industria di processo, aprendo nuove potenzialità e rendendo accessibili dati precedentemente non utilizzati. Il sistema Axioline P I/O di Phoenix Contact assicura che le informazioni siano trasferite al sistema di controllo in modo rapido ed economico (immagine di apertura).

La tecnologia di controllo e i componenti impiegati nell’automazione industriale sono sempre più frequentemente utilizzati nei sistemi di ingegneria di processo. Il loro campo di applicazione si concentra principalmente laddove è richiesta l’esecuzione efficace ed economica di compiti semplici, ad esempio negli impianti di trasporto o di riempimento. I requisiti critici continuano ad essere attuati dai DCS (Distributed Control System), cioè sistemi di controllo e I/O speciali. Ciò evidenzia come le tecnologie provenienti dall’automazione industriale debbano soddisfare ulteriori requisiti se vogliono affermarsi nella tecnica di processo. In questo contesto, Phoenix Contact presenta un nuovo concetto che combina le condizioni di base dei sistemi tecnici di processo con la modularità delle soluzioni di automazione esistenti e che può essere installato nella zona 2.

Che sia nel settore farmaceutico, chimico, alimentare, delle scienze della vita, ambientale, della gestione dell’acqua/acque reflue o del petrolio e del gas: la digitalizzazione dell’automazione di processo richiede una specifica che soddisfi i requisiti degli utenti.

In vista di Achema, l’organizzazione di utenti Profibus & Profinet International (PI) pubblica una nuova edizione del whitepaper “Profinet – La piattaforma della soluzione per l’automazione di processo” che elenca tutti i requisiti del settore. Nell’ultima versione, datata giugno 2018, oltre alla massima affidabilità e disponibilità, sono richieste l’idoneità per strutture di grandi quantità con 10.000 e più dispositivi, la facilità d’uso, gli interventi senza errore a sistemi avviati nonché la flessibilità e la ridondanza del sistema. Gli apparecchi dovrebbero poter essere utilizzati anche in aree a pericolo di esplosione in combinazione con componenti Ex i. Inoltre, in caso di cambiamento della tecnologia, si rende necessaria la protezione degli investimenti fatti per i sistemi esistenti. Oltre all’ulteriore utilizzo di sistemi di bus di campo esistenti – come Profibus PA – e di segnali I/O specifici del processo – ad esempio da sensori Namur o dispositivi di campo HART – gli utenti sono favorevoli all’uso futuro di Ethernet APL (Advanced Physical Layer), vale a dire un collegamento Ethernet a due fili fino al dispositivo di campo installato nell’area Ex.

Fornitura fino ad un massimo di otto segmenti Profibus PA

Per poter implementare questi ed altri requisiti, Phoenix Contact ha dovuto sviluppare un nuovo sistema di backplane per i dispositivi corrispondenti, sia meccanicamente che elettronicamente, in cui la modularità ha svolto un ruolo importante. Inoltre, il team ha tenuto conto dei concetti di cablaggio esistenti per rispettare lo spazio disponibile e le regole della sicurezza intrinseca. Sono state prese in considerazione anche le condizioni generali associate alla migrazione degli impianti brownfield esistenti ed all’installazione di nuove applicazioni greenfield. La nuova soluzione – il sistema di I/O remoto ad alta disponibilità Axioline P – è accoppiata al rispettivo sistema di controllo tramite protocollo Profinet, fornendo essa stessa il collegamento sul campo ai dispositivi Profibus PA, HART e Namur, nonché ai semplici moduli I/O (figura 1).

Una stazione Axioline P è costituita da un accoppiatore bus Profinet, moduli I/O digitali ed analogici e interfacce Profibus PA. Le interfacce Profibus PA sono a loro volta costituite da un’unità base ed uno o due moduli di alimentazione del bus di campo, permettendo, in questo modo, di alimentare fino a otto segmenti Profibus PA attraverso un tronco ad alta potenza. Questo approccio consente di convertire i segmenti Profibus PA esistenti in Profinet senza dover utilizzare un sistema Profibus DP come passaggio intermedio.

Collegamento di dispositivi da campo HART e sensori Namur

Gli I/O Namur e HART sono disponibili in versione standard o a sicurezza intrinseca e devono essere divisi l’uno dall’altro solo da una piccola piastra di separazione all’interno di una stazione. Mentre i moduli d’ingresso dispongono di otto o 16 canali, i moduli d’uscita ne offrono quattro. La stazione Axioline P può quindi essere adattata in modo flessibile alle relative condizioni. I dati possono ora essere scambiati direttamente con i dispositivi di campo HART attraverso gli ingressi e le uscite analogici con comunicazione a 4…20 mA e HART. Oltre ai tipici strumenti di misura di portata, pressione e livello, è possibile il collegamento di elettrovalvole e moduli di uscita multivariabili. Oltre alle variabili primarie (valore primario, PV), l’utente ha ora accesso a tre variabili aggiuntive fornite dai produttori dei dispositivi. I valori secondari, terziari e quaternari forniscono, tra l’altro, informazioni sullo storico del dispositivo, sul suo utilizzo, la temperatura e il tempo di funzionamento. Ulteriori dati HART possono essere richiamati aciclicamente tramite i cosiddetti comandi HART (figura 2).

Anche i semplici sensori di prossimità possono essere di grande importanza nelle applicazioni di processo. Un cosiddetto sensore Namur può essere utilizzato per determinare se il percorso del segnale verso il sensore è stato soggetto a cortocircuito o se esiste una linea separata. Per questo motivo, Phoenix Contact ha integrato il monitoraggio dei sensori corrispondenti nei rispettivi moduli d’ingresso digitali. Gli I/O semplici possono essere accoppiati nella zona 2. Nel caso di I/O a sicurezza intrinseca secondo Ex ia, il collegamento si estende alla zona 0. Tutti i moduli supportano un campo di temperatura esteso da -40°C a 70 °C.

Riduzione dei cablaggi

Grazie al backplane di nuova concezione, all’accoppiatore bus Profinet possono essere collegati diversi moduli I/O con un massimo di otto segmenti Profibus PA. Inoltre, è stato creato un percorso di alimentazione integrato per l’elettronica del modulo che riduce notevolmente i cablaggi nell’installazione in armadi di distribuzione o di controllo. Ancora, è possibile mantenere le distanze di sicurezza tra l’alimentazione del modulo e i segnali I/O richiesti nell’ambito della sicurezza intrinseca. Lo spazio disponibile aumenta poiché viene meno il cablaggio di alimentazione convenzionale richiesto sopra i moduli (figura 3).

Come accennato in precedenza, i moduli I/O standard ed a sicurezza intrinseca sono divisi l’uno dall’altro da una piastra di separazione. In questo caso, si raccomanda di installare gli I/O a sicurezza intrinseca all’estremità della stazione Axioline P. Il cablaggio di segnale a sicurezza intrinseca è solitamente separato dalle normali linee di segnale ed eseguito in colore blu.

Certificazione per tutti i mercati rilevanti

Per una comunicazione affidabile, il sistema Axioline P supporta la variante ridondante S2 del protocollo Profinet. Nell’ambito della ridondanza di sistema, l’accoppiatore bus comprende due porte Profinet attraverso le quali è connesso a due diversi controllori. Il collegamento di comunicazione può essere realizzato tramite uno o due cavi. In caso di interruzione di una connessione ha luogo la commutazione sull’altro collegamento, senza soluzione di continuità. La variante ridondante R1 sarà disponibile nel sistema a partire da una delle prossime release. L’elevata disponibilità è ottenuta anche grazie alla capacità di hot-swap della soluzione, vale a dire che l’utente può scambiare singoli moduli I/O durante il funzionamento senza interrompere la comunicazione, ed è implementata dalla funzione “Dynamic Reconfiguration” che consente anche l’inserimento senza errori di nuovi moduli in un momento successivo. Nel sistema Axioline P, la rimozione di un modulo fa sì che il connettore del backplane “risani” la frattura colmando la lacuna causata (figura 4).

Il sistema di I/O ad elevata disponibilità può essere utilizzato nelle aree a pericolo di esplosione di tutto il mondo. Per il mercato nordamericano è certificato secondo la UL Class 1/Division 2, mentre le omologazioni IECEx ed Atex ne consentono l’utilizzo negli altri paesi del mondo. Come parte della collaudata famiglia di prodotti Axioline, il sistema Axioline P permette di implementare soluzioni innovative in molti settori della tecnica di processo.

Adattamento ai rispettivi requisiti applicativi

Axioline P fa parte del collaudato sistema di automazione Axioline con protezione IP 20, che comprende accoppiatori bus, moduli I/O e controllori. Questi sono disponibili in varie classi prestazionali e, come gli accoppiatori bus, possono essere ampliati fino a 63 moduli I/O. Un’ampia offerta di moduli con ingressi ed uscite digitali ed analogici, di funzioni o moduli per applicazioni speciali permette una flessibile implementazione dei vari requisiti applicativi (figura 5).

Il sistema Axioline, con i gruppi di prodotti Axioline F e P, si caratterizza, tra l’altro, per le elevate prestazioni dovute alla velocità del bus locale. La meccanica particolarmente robusta nonché la resistenza agli urti e alle vibrazioni fanno fronte anche alle condizioni ambientali più avverse e garantiscono la disponibilità del sistema. Inoltre, il cablaggio rapido con tecnica push-in e la facilità d’uso riducono i tempi di installazione.

Per ulteriori informazioni, www.phoenixcontact.de/prozess

Autore: http://www.phoenixcontact.de/Arnold Offner, Strategic Marketing Manager Process Automation Infrastructure, Phoenix Contact Inc., Harrisburg, USA