Autor: Editor del sitio Hora de publicación: 2025-09-11 Origen: Sitio
El HIQuad X es un innovador sistema electrónico programable (PES) relacionado con la seguridad de alto rendimiento desarrollado por HIMA, construido sobre la probada plataforma del sistema HIQuad. Está diseñado para aplicaciones críticas para la seguridad hasta SIL 3 (IEC 61508) y PL e (EN ISO 13849), al mismo tiempo que presenta características de alta disponibilidad. El HIQuad X es adecuado para diversas tareas de control dentro de la industria de procesos y la automatización de fábricas, sobresaliendo particularmente en instalaciones de procesos. El sistema emplea un diseño modular, admite una configuración flexible y puede programarse, configurarse, monitorearse, operarse y documentarse utilizando la madura herramienta de ingeniería SILworX® de HIMA.
Familias y estructura del sistema
El HIQuad X abarca dos familias de sistemas: H51X y H41X. Utilizan módulos idénticos pero difieren en estructura y capacidades de expansión:
HIQuad H51X:
Estructura: Altamente modular.
Rack base: 1 (no contiene módulos de E/S).
Bastidores de extensión: Máximo de 16.
Módulos de procesador (F-CPU 01): 1 o 2.
Módulos de procesamiento de E/S (F-IOP 01): 1 por bastidor de extensión.
Módulos de Comunicación (F-COM 01): Hasta 10 en el rack base.
Módulos de E/S por bastidor de extensión: 16.
Total de módulos de E/S: hasta 256.
HIQuad H41X:
Estructura: Modular.
Bastidor base: 1 (puede acomodar hasta 12 módulos de E/S).
Bastidores de extensión: Máximo de 1.
Módulos de procesador (F-CPU 01): 1 o 2.
Módulos de procesamiento de E/S (F-IOP 01): 1 en el bastidor base, 1 en el bastidor de extensión.
Módulos de Comunicación (F-COM 01): Hasta 2 en el rack base.
Módulos de E/S por bastidor de extensión: 16.
Total de módulos de E/S: hasta 28.
Estas diferencias permiten a los usuarios seleccionar la plataforma del sistema más adecuada según los requisitos específicos de la aplicación en cuanto a disponibilidad y recuento de E/S.
Características principales
1. Seguridad y Certificación
El sistema HIQuad X está diseñado para aplicaciones de seguridad que cumplen con los principios 'Desenergizar para disparar' y 'Energizar para disparar'. Sus principales características de seguridad incluyen:
Nivel de integridad de seguridad (SIL): Admite hasta SIL 3 (IEC 61508), PL e (ISO 13849).
Certificación: El sistema y sus módulos de E/S están certificados según varios estándares internacionales (consulte el Manual de seguridad HI 803 209 E), incluido el uso en sistemas de alarma contra incendios (cumple con DIN EN 54-2 y NFPA 72) y la idoneidad para montaje en áreas peligrosas de Zona 2.
Arquitectura 1oo2: Los módulos de procesador relacionados con la seguridad (F-CPU 01) y los módulos de procesamiento de E/S (F-IOP 01) incorporan un sistema de procesador interno 1oo2 (uno de dos). Dos núcleos de microprocesador sincronizan y comparan datos continuamente, lo que garantiza un funcionamiento a prueba de fallos.
Comunicación relacionada con la seguridad: admite comunicación relacionada con la seguridad a través del protocolo Safeethernet.
2. Alta disponibilidad y redundancia
El sistema ofrece múltiples opciones de redundancia destinadas a maximizar la disponibilidad del sistema (Nota: la redundancia aumenta la disponibilidad, no el nivel de integridad de seguridad - SIL):
Redundancia del procesador: se puede configurar con dos módulos de procesador F-CPU 01 redundantes. Si un módulo falla, el sistema cambia automáticamente al otro para mantener un funcionamiento seguro. El módulo defectuoso se puede reemplazar durante el funcionamiento del sistema (intercambiable en caliente en modo redundante).
Redundancia del bus del sistema: el sistema depende de dos buses del sistema independientes (A y B) para la comunicación. En una configuración redundante, ambos buses funcionan simultáneamente. Una falla de un bus no afecta el funcionamiento del sistema.
Redundancia de módulos de E/S: Admite redundancia de módulos (dos módulos de E/S del mismo tipo que forman un grupo de redundancia) y redundancia de canales (emparejamiento de números de canales idénticos dentro de módulos redundantes). Para mejorar la disponibilidad, se deben instalar módulos redundantes en bastidores diferentes.
Redundancia de fuente de alimentación: admite la conexión a unidades de fuente de alimentación redundantes de 24 VCC, lo que garantiza una alta disponibilidad de fuente de alimentación. Se pueden utilizar módulos buffer opcionales (F-PWR 02) para compensar caídas de voltaje superiores a 20 ms.
3. Diseño modular y escalabilidad
El sistema emplea una estructura de rack estándar de 19 pulgadas, lo que ofrece una gran flexibilidad:
Bastidor base: Contiene el backplane para instalar módulos de procesador, módulos de comunicación y módulos de fuente de alimentación (H41X también incluye módulos de E/S).
Bastidores de extensión: utilizando los bastidores de extensión F-BASE RACK 11, el sistema H51X se puede ampliar hasta en 16 bastidores, cada uno de ellos capaz de albergar 16 módulos de E/S y un módulo F-IOP 01, lo que aumenta significativamente la capacidad de E/S.
Tipos de módulos: el sistema admite una amplia gama de tipos de módulos, que incluyen:
F-CPU 01: Módulo procesador de seguridad.
F-IOP 01: Módulo de procesamiento de E/S, que conecta el bus del sistema al bus de E/S.
F-COM 01: Módulo de comunicación, que proporciona 2 interfaces Ethernet y 1 interfaz de bus de campo.
F-PWR 01: Módulo de Alimentación 24VDC/5VDC.
F-PWR 02: Módulo de búfer de 24 VCC.
Varios módulos de E/S: incluidos entrada/salida digital (DI/DO), entrada/salida analógica (AI/AO), salida de relé, módulos de contador, etc., que atienden aplicaciones tanto relacionadas con la seguridad como no relacionadas con la seguridad.
4. Capacidades de comunicación
El sistema se comunica con sistemas externos a través de módulos F-COM 01:
Protocolos de seguridad: admite el protocolo de seguridad SafeEthernet de HIMA.
Protocolos estándar: admite varios protocolos de comunicación industriales estándar (se requiere licencia), como Modbus. La redundancia de comunicación debe gestionarse a través del programa de usuario o mediante el propio protocolo específico (por ejemplo, Modbus Slave).
Conexión de ingeniería: se pueden conectar hasta 5 herramientas de programación y depuración (PADT) a través de interfaces Ethernet (RJ-45), pero solo una puede tener acceso de escritura en un momento dado.
5. Diagnóstico y Mantenimiento
El sistema proporciona funciones de diagnóstico integrales para una rápida solución de problemas y mantenimiento:
Indicadores LED: la placa frontal de cada módulo cuenta con indicadores LED que muestran el estado operativo, errores, estado de comunicación, etc.
Historial de diagnóstico: Los módulos F-CPU, F-IOP y F-COM tienen búferes de historial de diagnóstico incorporados (búferes en anillo) que registran eventos, errores y advertencias del sistema, clasificados en diagnósticos a corto y largo plazo. Esto se puede ver y analizar utilizando la herramienta SILworX.
Diagnóstico en línea: en la vista en línea de SILworX, el estado del módulo se muestra intuitivamente mediante cambios de color (por ejemplo, rojo para fallas críticas, amarillo para advertencias) y se puede ver información detallada del estado.
Monitoreo de variables del sistema: proporciona amplias variables del sistema (p. ej., estado de temperatura, estado del suministro de energía, tiempo de ciclo, contadores de errores) que se pueden usar dentro del programa de usuario o con fines de monitoreo.
6. Programación y Configuración
La ingeniería de sistemas se realiza mediante SILworX:
Lenguajes de programación: Admite lenguajes de programación que cumplen con el estándar IEC 61131-3.
Gestión de variables: Soporta variables locales y globales. A las variables se les pueden asignar valores iniciales, retener atributos (RETAIN), etc.
Parámetros y variables del sistema: proporciona numerosos parámetros del sistema (para configurar el comportamiento del controlador, por ejemplo, tiempo de seguridad, tiempo de vigilancia) y variables del sistema (para obtener información sobre el estado del sistema), accesibles en diferentes niveles, como recursos y hardware.
Función de forzado: permite a los usuarios anular el valor actual de las variables con fines de prueba y simulación. Se pueden establecer límites de tiempo y permisos de acceso para forzar el uso para garantizar un uso seguro.
Gestión de usuarios: Ofrece gestión de usuarios de dos niveles: PADT (acceso al proyecto) y PES (acceso al controlador). Se pueden definir diferentes grupos de usuarios y permisos (p. ej., sólo lectura, operador, lectura+escritura, administrador), lo que mejora la seguridad del sistema.
7. Supresión de ruido
Para mejorar la inmunidad del sistema contra interferencias transitorias, HIQuad X proporciona una función de supresión de ruido:
Función: Suprime la interferencia transitoria en los buses o módulos de E/S, manteniendo el último valor válido durante un tiempo configurado para evitar que el sistema entre erróneamente en un estado seguro debido a interferencias de corto plazo, aumentando así la disponibilidad.
Configuración: El tiempo efectivo de supresión de ruido depende del tiempo de seguridad, el tiempo de vigilancia y el tiempo de ciclo (tiempo máximo de supresión de ruido = tiempo de seguridad - (2 x tiempo de vigilancia)). Se puede configurar para módulos de E/S en SILworX.
Dirección efectiva: La supresión de ruido puede actuar en diferentes direcciones:
Del módulo de entrada al módulo procesador (suprimiendo interferencias de entrada y bus).
Del módulo procesador al módulo de salida (suprimiendo interferencias del bus).
Desde el módulo de salida al módulo procesador (suprimiendo reconocimientos de estado, por ejemplo, detección SC/OC).
Principio de funcionamiento
El funcionamiento principal del sistema HIQuad X gira en torno a su arquitectura de hardware y mecanismos de seguridad.
Flujo y procesamiento de señales:
Lado de entrada: Las señales del sensor de campo están conectadas a módulos de E/S de seguridad (p. ej., módulo DI F 3237). Los módulos de E/S se comunican a través del bus de E/S con el módulo de procesamiento de E/S F-IOP 01 en su respectivo rack.
Procesamiento de datos: el módulo F-IOP 01 intercambia datos con los módulos procesadores F-CPU 01 en el bastidor base a través de los buses del sistema redundantes (A y B). La F-CPU 01 utiliza una arquitectura interna 1oo2 donde dos núcleos de procesador leen cíclicamente datos de entrada, ejecutan el programa de usuario y comparan resultados.
Lado de salida: Los módulos de procesador envían los resultados del procesamiento a través de los buses del sistema al módulo F-IOP 01, que luego los transmite a través del bus de E/S a los módulos de salida (p. ej., módulo F 3330 DO), controlando así los actuadores de campo. El F-IOP 01 también es responsable de generar y monitorear la señal de vigilancia de E/S (WD). Los módulos de salida sólo funcionan cuando esta señal está presente (nivel alto); de lo contrario, entran en un estado seguro.
Mecanismos de seguridad:
Detección de fallas: el sistema realiza continuamente autopruebas y verificaciones cruzadas en varios niveles, incluida la comparación de núcleos de procesador, sumas de verificación de comunicación, monitoreo del estado del módulo, monitoreo de la fuente de alimentación y monitoreo de temperatura.
Estado seguro: al detectar una falla interna o un comando externo (por ejemplo, parada de emergencia), el sistema sigue el principio de 'desenergizar para disparar', colocando las salidas en un estado seguro predefinido (generalmente el estado desenergizado).
Monitoreo de Tiempo: El Tiempo de Seguridad es el tiempo máximo de respuesta permitido para el proceso. El tiempo de vigilancia es la duración máxima permitida para el ciclo del procesador; si se excede, el sistema activa una reacción de seguridad. El tiempo de ciclo es el tiempo real que tarda el procesador en ejecutar un ciclo de programa de usuario. La configuración de estos tiempos es crucial para la seguridad y el rendimiento del sistema.
Sincronización de redundancia:
En una configuración redundante, los dos módulos de procesador sincronizan continuamente su estado interno y sus datos a través de los buses del sistema.
Si el módulo del procesador principal falla, el módulo de respaldo lo detecta inmediatamente y asume el control, manteniendo el funcionamiento seguro y continuo del sistema, lo que permite una conmutación perfecta y una alta disponibilidad.
Distribución de energía:
El sistema funciona con una fuente de alimentación SELV/PELV de 24 VCC. Los módulos de distribución de energía (p. ej., K 7212) se utilizan para distribuir y proteger circuitos de energía.
La fuente de alimentación de 5 V dentro del bastidor base es generada por módulos F-PWR 01 y distribuida a través del backplane. La alimentación de 5 V para los racks de extensión se suministra desde el rack base en topología en estrella.
La alimentación auxiliar y de campo de 24 V para los módulos de E/S se distribuye y protege mediante módulos de distribución de alimentación (F 7133), y cada F 7133 proporciona protección con fusibles para 4 ranuras para módulos de E/S.
Gestión Térmica:
El diseño del sistema considera la disipación de calor de los componentes electrónicos. Se requiere una ventilación adecuada (convección natural o refrigeración por aire forzado) dentro del gabinete de control para mantener una temperatura ambiente entre 0°C y +60°C.
Los módulos incorporan sensores de temperatura y el estado de la temperatura se puede monitorear a través de variables del sistema. Si se superan los umbrales de temperatura, se emiten advertencias o errores, aunque la monitorización de la temperatura en sí no es de seguridad.
Áreas de aplicación
El sistema HIQuad X se utiliza ampliamente en industrias con altas exigencias de seguridad y disponibilidad:
Química y Petroquímica: Sistemas de Parada de Emergencia (ESD), Sistemas de Gestión de Quemadores (BMS), Sistemas de Parada de Procesos.
Petróleo y Gas: Control de boca de pozo, Sistemas de protección de oleoductos, Sistemas de seguridad de plataformas marinas.
Generación de Energía: Control de turbinas, Sistemas de disparo de emergencia.
Metales: Sistemas de seguridad para altos hornos, Controles de molinos.
Transporte ferroviario: Sistemas de control de señalización (sujetos a las normas pertinentes).
Automatización General de Fábrica: Controles de máquinas de seguridad (hasta PL e).
Sistemas de detección de incendios y gases: utilizan módulos de entrada analógica certificados.
