Forfatter: Site Editor Udgivelsestid: 2025-09-11 Oprindelse: websted
HIQuad X er et innovativt, højtydende sikkerhedsrelateret programmerbart elektronisk system (PES) udviklet af HIMA, bygget på den gennemprøvede HIQuad-systemplatform. Den er designet til sikkerhedskritiske applikationer op til SIL 3 (IEC 61508) og PL e (EN ISO 13849), samtidig med at den har høje tilgængelighedsegenskaber. HIQuad X er velegnet til forskellige styringsopgaver inden for procesindustrien og fabriksautomatisering, især udmærket i procesfaciliteter. Systemet anvender et modulært design, understøtter fleksibel konfiguration og kan programmeres, konfigureres, overvåges, betjenes og dokumenteres ved hjælp af HIMAs modne SILworX® ingeniørværktøj.
Systemfamilier og struktur
HIQuad X omfatter to systemfamilier: H51X og H41X. De bruger identiske moduler, men adskiller sig i struktur og udvidelsesmuligheder:
HIQuad H51X:
Struktur: Meget modulopbygget.
Base Rack: 1 (indeholder ikke I/O-moduler).
Forlængerstativer: Maksimalt 16.
Processormoduler (F-CPU 01): 1 eller 2.
I/O-behandlingsmoduler (F-IOP 01): 1 pr. forlængerrack.
Kommunikationsmoduler (F-COM 01): Op til 10 i basisstativet.
I/O-moduler pr. udvidelsesrack: 16.
I/O-moduler i alt: Op til 256.
HIQuad H41X:
Struktur: Modulær.
Base Rack: 1 (kan rumme op til 12 I/O-moduler).
Forlængerstativer: Maksimalt 1.
Processormoduler (F-CPU 01): 1 eller 2.
I/O-behandlingsmoduler (F-IOP 01): 1 i basisstativet, 1 i forlængelsesstativet.
Kommunikationsmoduler (F-COM 01): Op til 2 i basisstativet.
I/O-moduler pr. udvidelsesrack: 16.
I/O-moduler i alt: Op til 28.
Disse forskelle giver brugerne mulighed for at vælge den bedst egnede systemplatform baseret på de specifikke applikationskrav til I/O-antal og tilgængelighed.
Kernefunktioner
1. Sikkerhed og certificering
HIQuad X-systemet er designet til sikkerhedsapplikationer, der overholder både principperne 'De-energize to Trip' og 'Energize to Trip'. Dens kernesikkerhedsfunktioner omfatter:
Sikkerhedsintegritetsniveau (SIL): Understøtter op til SIL 3 (IEC 61508), PL e (ISO 13849).
Certificering: Systemet og dets I/O-moduler er certificeret i henhold til forskellige internationale standarder (se sikkerhedsmanual HI 803 209 E), herunder til brug i brandalarmsystemer (overensstemmende med DIN EN 54-2 og NFPA 72) og egnethed til montering i zone 2-farlige områder.
1oo2-arkitektur: De sikkerhedsrelaterede processormoduler (F-CPU 01) og I/O-behandlingsmoduler (F-IOP 01) inkorporerer et internt 1oo2 (én-ud-af-to) processorsystem. To mikroprocessorkerner synkroniserer og sammenligner løbende data, hvilket sikrer fejlsikker drift.
Sikkerhedsrelateret kommunikation: Understøtter sikkerhedsrelateret kommunikation via safeethernet-protokollen.
2. Høj tilgængelighed og redundans
Systemet tilbyder flere redundansmuligheder med det formål at maksimere systemtilgængeligheden (Bemærk: Redundans øger tilgængeligheden, ikke sikkerhedsintegritetsniveauet - SIL):
Processorredundans: Kan konfigureres med to redundante F-CPU 01-processormoduler. Hvis et modul svigter, skifter systemet automatisk til det andet for at opretholde sikker drift. Det defekte modul kan udskiftes under systemdrift (hot-swappable i redundanstilstand).
Systembusredundans: Systemet er afhængigt af to uafhængige systembusser (A og B) til kommunikation. I en redundant konfiguration kører begge busser samtidigt. En fejl på en bus påvirker ikke systemets drift.
I/O-modulredundans: Understøtter modulredundans (to I/O-moduler af samme type, der danner en redundansgruppe) og kanalredundans (parring af identiske kanalnumre inden for redundante moduler). For at øge tilgængeligheden bør redundante moduler installeres i forskellige racks.
Strømforsyningsredundans: Understøtter forbindelse til redundante 24 VDC strømforsyningsenheder, hvilket sikrer høj tilgængelighed af strømforsyning. Valgfri buffermoduler (F-PWR 02) kan bruges til at kompensere for spændingsudfald på over 20ms.
3. Modulært design og skalerbarhed
Systemet anvender en standard 19-tommer rackstruktur, der tilbyder høj fleksibilitet:
Base Rack: Indeholder bagpladen til installation af processormoduler, kommunikationsmoduler, strømforsyningsmoduler (H41X inkluderer også I/O-moduler).
Udvidelsesstativer: Ved at bruge F-BASE RACK 11 forlængerstativer kan H51X-systemet udvides med op til 16 stativer, der hver er i stand til at rumme 16 I/O-moduler og et F-IOP 01-modul, hvilket øger I/O-kapaciteten markant.
Modultyper: Systemet understøtter en lang række modultyper, herunder:
F-CPU 01: Sikkerhedsprocessormodul.
F-IOP 01: I/O-behandlingsmodul, der forbinder systembussen med I/O-bussen.
F-COM 01: Kommunikationsmodul med 2 Ethernet-interfaces og 1 fieldbus-interface.
F-PWR 01: 24VDC/5VDC strømforsyningsmodul.
F-PWR 02: 24VDC buffermodul.
Forskellige I/O-moduler: Inklusiv Digital Input/Output (DI/DO), Analog Input/Output (AI/AO), Relæudgang, tællermoduler osv., der henvender sig til både sikkerhedsrelaterede og ikke-sikkerhedsrelaterede applikationer.
4. Kommunikationsevner
Systemet kommunikerer med eksterne systemer via F-COM 01 moduler:
Standardprotokoller: Understøtter forskellige standard industrielle kommunikationsprotokoller (licensering påkrævet), såsom Modbus. Kommunikationsredundans skal styres enten gennem brugerprogrammet eller af den specifikke protokol selv (f.eks. Modbus Slave).
Teknisk forbindelse: Op til 5 programmerings- og fejlfindingsværktøjer (PADT'er) kan tilsluttes via Ethernet-grænseflader (RJ-45), men kun én kan have skriveadgang på et givet tidspunkt.
5. Diagnostik og vedligeholdelse
Systemet giver omfattende diagnostiske funktioner til hurtig fejlfinding og vedligeholdelse:
LED-indikatorer: Hver modulfrontplade har LED-indikatorer, der viser driftsstatus, fejl, kommunikationsstatus osv.
Diagnostisk historie: F-CPU-, F-IOP- og F-COM-moduler har indbyggede diagnostiske historiebuffere (ringbuffere), der logger systemhændelser, fejl og advarsler, kategoriseret i kortsigtet og langsigtet diagnostik. Dette kan ses og analyseres ved hjælp af SILworX-værktøjet.
Online diagnostik: I SILworX online-visningen vises modulstatus intuitivt via farveændringer (f.eks. rød for kritiske fejl, gul for advarsler), og detaljerede statusoplysninger kan ses.
Systemvariabel overvågning: Giver omfattende systemvariabler (f.eks. temperaturtilstand, strømforsyningsstatus, cyklustid, fejltællere), som kan bruges i brugerprogrammet eller til overvågningsformål.
6. Programmering og konfiguration
Systemudvikling udføres ved hjælp af SILworX:
Programmeringssprog: Understøtter programmeringssprog, der er i overensstemmelse med IEC 61131-3-standarden.
Variable Management: Understøtter lokale og globale variabler. Variabler kan tildeles startværdier, Retain (RETAIN) attributter osv.
Systemparametre og -variabler: Giver adskillige systemparametre (til konfiguration af controller-adfærd, f.eks. Safety Time, Watchdog Time) og systemvariabler (til indhentning af systemstatusoplysninger), tilgængelige på forskellige niveauer såsom ressource og hardware.
Forceringsfunktion: Giver brugerne mulighed for at tilsidesætte den aktuelle værdi af variabler til test- og simuleringsformål. Tidsgrænser og adgangstilladelser til forcering kan indstilles for at sikre sikker brug.
Brugerstyring: Tilbyder brugerstyring på to niveauer: PADT (projektadgang) og PES (controlleradgang). Forskellige brugergrupper og tilladelser (f.eks. Read-only, Operator, Read+Write, Administrator) kan defineres, hvilket forbedrer systemsikkerheden.
7. Støjdæmpning
For at forbedre systemets immunitet mod forbigående interferens giver HIQuad X en støjslukningsfunktion:
Funktion: Undertrykker transient interferens på busserne eller I/O-modulerne, vedligeholder den sidste gyldige værdi i et konfigureret tidsrum for at forhindre, at systemet fejlagtigt går ind i en sikker tilstand på grund af kortvarig interferens, hvorved tilgængeligheden øges.
Konfiguration: Den effektive støjslukningstid afhænger af sikkerhedstiden, vagthundetiden og cyklustiden (maks. støjslukningstid = sikkerhedstid - (2 x overvågningstid)). Den kan konfigureres til I/O-moduler i SILworX.
Effektiv retning: Støjdæmpning kan virke i forskellige retninger:
Fra inputmodulet til processormodulet (undertrykker input- og businterferens).
Fra processormodulet til outputmodulet (undertrykker businterferens).
Fra udgangsmodulet til processormodulet (undertrykker statusbekræftelser, f.eks. SC/OC-detektion).
Arbejdsprincip
Kernedriften i HIQuad X-systemet kredser om dets hardwarearkitektur og sikkerhedsmekanismer.
Signalflow og behandling:
Indgangsside: Feltsensorsignaler er forbundet til sikkerheds-I/O-moduler (f.eks. F 3237 DI-modul). I/O-modulerne kommunikerer via I/O-bussen med F-IOP 01 I/O-behandlingsmodulet i deres respektive rack.
Databehandling: F-IOP 01-modulet udveksler data med F-CPU 01-processormodulerne i basisracket via de redundante systembusser (A og B). F-CPU 01 anvender en intern 1oo2-arkitektur, hvor to processorkerner cyklisk læser inputdata, udfører brugerprogrammet og sammenligner resultater.
Udgangsside: Processormodulerne sender behandlingsresultaterne tilbage via systembusserne til F-IOP 01-modulet, som derefter transmitterer dem via I/O-bussen til udgangsmodulerne (f.eks. F 3330 DO-modul) og styrer derved feltaktuatorer. F-IOP 01 er også ansvarlig for at generere og overvåge I/O Watchdog-signalet (WD). Udgangsmoduler fungerer kun, når dette signal er til stede (højt niveau); ellers går de ind i en sikker tilstand.
Sikkerhedsmekanismer:
Fejldetektion: Systemet udfører løbende selvtest og krydstjek på forskellige niveauer, herunder sammenligning af processorkerner, kommunikationskontrolsummer, modulstatusovervågning, strømforsyningsovervågning og temperaturovervågning.
Sikker tilstand: Ved detektering af en intern fejl eller ekstern kommando (f.eks. nødstop), følger systemet 'de-energize to trip'-princippet, hvilket placerer udgangene i en foruddefineret sikker tilstand (typisk de-energised tilstand).
Tidsovervågning: Sikkerhedstiden er den maksimalt tilladte responstid for processen. Watchdog-tiden er den maksimalt tilladte varighed for processorcyklussen; hvis det overskrides, udløser systemet en sikkerhedsreaktion. Cyklustiden er den faktiske tid, det tager processoren at udføre en brugerprogramcyklus. Konfigurationen af disse timings er afgørende for systemets sikkerhed og ydeevne.
Redundanssynkronisering:
I en redundant konfiguration synkroniserer de to processormoduler løbende deres interne tilstand og data via systembusserne.
Hvis det primære processormodul svigter, registrerer standby-modulet dette øjeblikkeligt og overtager kontrollen, hvilket opretholder en fortsat sikker drift af systemet, hvilket muliggør problemfri omskiftning og høj tilgængelighed.
Strømfordeling:
Systemet får strøm fra en 24 VDC SELV/PELV strømforsyning. Strømfordelingsmoduler (f.eks. K 7212) bruges til at distribuere og beskytte strømkredsløb.
5V strømforsyningen i basisracket genereres af F-PWR 01-moduler og distribueres via bagplanet. 5V-strømmen til forlængerstativer forsynes fra basisstativet i en stjernetopologi.
24V hjælpe- og feltstrøm til I/O-moduler distribueres og beskyttes af strømfordelingsmoduler (F 7133), hvor hver F 7133 giver sikringsbeskyttelse til 4 I/O-modulslots.
Termisk styring:
Systemdesignet tager højde for varmeafledning fra elektroniske komponenter. Tilstrækkelig ventilation (naturlig konvektion eller tvungen luftkøling) i styreskabet er påkrævet for at opretholde en omgivelsestemperatur mellem 0°C og +60°C.
Moduler indeholder temperaturfølere, og temperaturstatus kan overvåges via systemvariable. Advarsler eller fejl signaleres, hvis temperaturgrænserne overskrides, selvom selve temperaturovervågningen ikke er sikkerhedsrelateret.
Anvendelsesområder
HIQuad X-systemet er meget udbredt i industrier med høje krav til sikkerhed og tilgængelighed:
Kemisk og petrokemisk: Emergency Shutdown (ESD) systemer, Brænder Management Systems (BMS), Process Shutdown systemer.
Olie og gas: Brøndhovedkontrol, rørledningsbeskyttelsessystemer, offshore platformsikkerhedssystemer.
