Auteur : Éditeur du site Heure de publication : 2025-09-11 Origine : Site
Le HIQuad X est un système électronique programmable (PES) innovant et haute performance lié à la sécurité développé par HIMA, construit sur la plate-forme système éprouvée HIQuad. Il est conçu pour les applications critiques en matière de sécurité jusqu'à SIL 3 (IEC 61508) et PL e (EN ISO 13849), tout en présentant également des caractéristiques de haute disponibilité. Le HIQuad X convient à diverses tâches de contrôle dans l'industrie de transformation et l'automatisation industrielle, excellant particulièrement dans les installations de transformation. Le système utilise une conception modulaire, prend en charge une configuration flexible et peut être programmé, configuré, surveillé, exploité et documenté à l'aide de l'outil d'ingénierie mature SILworX® de HIMA.
Familles et structure de systèmes
Le HIQuad X comprend deux familles de systèmes : H51X et H41X. Ils utilisent des modules identiques mais diffèrent par leur structure et leurs capacités d'extension :
HIQuad H51X :
Structure : Très modulaire.
Rack de base : 1 (ne contient pas de modules d'E/S).
Racks d'extension : maximum de 16.
Modules processeur (F-CPU 01) : 1 ou 2.
Modules de traitement d'E/S (F-IOP 01) : 1 par rack d'extension.
Modules de communication (F-COM 01) : jusqu'à 10 dans le rack de base.
Modules d'E/S par rack d'extension : 16.
Nombre total de modules d'E/S : jusqu'à 256.
HIQuad H41X :
Structure : Modulaire.
Rack de base : 1 (peut accueillir jusqu'à 12 modules d'E/S).
Racks d'extension : 1 maximum.
Modules processeur (F-CPU 01) : 1 ou 2.
Modules de traitement d'E/S (F-IOP 01) : 1 dans le rack de base, 1 dans le rack d'extension.
Modules de communication (F-COM 01) : jusqu'à 2 dans le rack de base.
Modules d'E/S par rack d'extension : 16.
Nombre total de modules d'E/S : jusqu'à 28.
Ces différences permettent aux utilisateurs de sélectionner la plate-forme système la plus adaptée en fonction des exigences spécifiques de l'application en termes de nombre d'E/S et de disponibilité.
Fonctionnalités principales
1. Sécurité et certification
Le système HIQuad X est conçu pour les applications de sécurité adhérant aux principes « Désénergie pour déclencher » et « Energize pour déclencher ». Ses principales caractéristiques de sécurité comprennent :
Niveau d'intégrité de sécurité (SIL) : prend en charge jusqu'à SIL 3 (IEC 61508), PL e (ISO 13849).
Certification : Le système et ses modules d'E/S sont certifiés selon diverses normes internationales (voir le manuel de sécurité HI 803 209 E), notamment pour une utilisation dans les systèmes d'alarme incendie (conformes à DIN EN 54-2 et NFPA 72) et pour un montage dans des zones dangereuses de zone 2.
Architecture 1oo2 : Les modules processeurs de sécurité (F-CPU 01) et les modules de traitement d'E/S (F-IOP 01) intègrent un système de processeur interne 1oo2 (un sur deux). Deux cœurs de microprocesseur synchronisent et comparent en permanence les données, garantissant un fonctionnement sans faille.
Communication relative à la sécurité : prend en charge la communication relative à la sécurité via le protocole SafeEthernet.
2. Haute disponibilité et redondance
Le système offre plusieurs options de redondance visant à maximiser la disponibilité du système (Remarque : la redondance augmente la disponibilité, et non le niveau d'intégrité de sécurité - SIL) :
Redondance du processeur : peut être configuré avec deux modules de processeur F-CPU 01 redondants. Si un module tombe en panne, le système passe automatiquement à l'autre pour maintenir un fonctionnement sûr. Le module défectueux peut être remplacé pendant le fonctionnement du système (remplaçable à chaud en mode redondance).
Redondance du bus système : le système s'appuie sur deux bus système indépendants (A et B) pour la communication. Dans une configuration redondante, les deux bus fonctionnent simultanément. Une panne d'un bus n'affecte pas le fonctionnement du système.
Redondance des modules d'E/S : prend en charge la redondance des modules (deux modules d'E/S du même type formant un groupe de redondance) et la redondance des canaux (association de numéros de canaux identiques au sein de modules redondants). Pour améliorer la disponibilité, les modules redondants doivent être installés dans différents racks.
Redondance de l'alimentation : prend en charge la connexion à des unités d'alimentation redondantes de 24 V CC, garantissant ainsi une haute disponibilité de l'alimentation. Des modules tampons en option (F-PWR 02) peuvent être utilisés pour compenser les chutes de tension supérieures à 20 ms.
3. Conception modulaire et évolutivité
Le système utilise une structure de rack standard de 19 pouces, offrant une grande flexibilité :
Rack de base : contient le fond de panier pour l'installation de modules de processeur, de modules de communication et de modules d'alimentation (le H41X comprend également des modules d'E/S).
Racks d'extension : à l'aide des racks d'extension F-BASE RACK 11, le système H51X peut être étendu jusqu'à 16 racks, chacun capable de contenir 16 modules d'E/S et un module F-IOP 01, augmentant ainsi considérablement la capacité d'E/S.
Types de modules : le système prend en charge un large éventail de types de modules, notamment :
F-CPU 01 : module de processeur de sécurité.
F-IOP 01 : Module de traitement des E/S, connectant le bus système au bus E/S.
F-COM 01 : Module de communication, fournissant 2 interfaces Ethernet et 1 interface bus de terrain.
F-PWR 01 : Module d'alimentation 24 V CC/5 V CC.
F-PWR 02 : Module tampon 24 V CC.
Divers modules d'E/S : y compris les entrées/sorties numériques (DI/DO), les entrées/sorties analogiques (AI/AO), les sorties relais, les modules de compteur, etc., destinés aux applications liées ou non à la sécurité.
4. Capacités de communication
Le système communique avec les systèmes externes via les modules F-COM 01 :
Protocoles de sécurité : prend en charge le protocole de sécurité SafeEthernet de HIMA.
Protocoles standard : prend en charge divers protocoles de communication industriels standard (licence requise), tels que Modbus. La redondance de la communication doit être gérée soit via le programme utilisateur, soit par le protocole spécifique lui-même (par exemple Modbus Slave).
Connexion technique : jusqu'à 5 outils de programmation et de débogage (PADT) peuvent être connectés via des interfaces Ethernet (RJ-45), mais un seul peut avoir un accès en écriture à un moment donné.
5. Diagnostic et maintenance
Le système fournit des fonctions de diagnostic complètes pour un dépannage et une maintenance rapides :
Indicateurs LED : chaque plaque avant du module comporte des indicateurs LED indiquant l'état de fonctionnement, les erreurs, l'état de la communication, etc.
Historique des diagnostics : les modules F-CPU, F-IOP et F-COM disposent de tampons d'historique de diagnostic intégrés (tampons en anneau) enregistrant les événements, les erreurs et les avertissements du système, classés en diagnostics à court et à long terme. Ceci peut être visualisé et analysé à l’aide de l’outil SILworX.
Diagnostics en ligne : dans la vue en ligne de SILworX, l'état du module est affiché de manière intuitive via des changements de couleur (par exemple, rouge pour les défauts critiques, jaune pour les avertissements), et des informations détaillées sur l'état peuvent être consultées.
Surveillance des variables système : fournit des variables système étendues (par exemple, état de température, état de l'alimentation électrique, temps de cycle, compteurs d'erreurs) qui peuvent être utilisées dans le programme utilisateur ou à des fins de surveillance.
6. Programmation et configuration
L'ingénierie système est réalisée à l'aide de SILworX :
Langages de programmation : prend en charge les langages de programmation conformes à la norme CEI 61131-3.
Gestion des variables : prend en charge les variables locales et globales. Les variables peuvent se voir attribuer des valeurs initiales, des attributs Retain (RETAIN), etc.
Paramètres et variables système : fournit de nombreux paramètres système (pour configurer le comportement du contrôleur, par exemple, le temps de sécurité, le temps de surveillance) et des variables système (pour obtenir des informations sur l'état du système), accessibles à différents niveaux tels que les ressources et le matériel.
Fonction de forçage : permet aux utilisateurs de remplacer la valeur actuelle des variables à des fins de test et de simulation. Des limites de temps et des autorisations d'accès pour le forçage peuvent être définies pour garantir une utilisation sûre.
Gestion des utilisateurs : offre une gestion des utilisateurs à deux niveaux : PADT (accès au projet) et PES (accès au contrôleur). Différents groupes d'utilisateurs et autorisations (par exemple, lecture seule, opérateur, lecture+écriture, administrateur) peuvent être définis, améliorant ainsi la sécurité du système.
7. Suppression du bruit
Pour améliorer l'immunité du système contre les interférences transitoires, HIQuad X fournit une fonction de suppression du bruit :
Fonction : Supprime les interférences transitoires sur les bus ou les modules d'E/S, en maintenant la dernière valeur valide pendant une durée configurée pour empêcher le système d'entrer par erreur dans un état sûr en raison d'interférences à court terme, augmentant ainsi la disponibilité.
Configuration : Le temps de suppression du bruit effectif dépend du temps de sécurité, du temps de surveillance et du temps de cycle (durée maximale de suppression du bruit = temps de sécurité - (2 x temps de surveillance)). Il peut être configuré pour les modules d'E/S dans SILworX.
Direction efficace : La suppression du bruit peut agir dans différentes directions :
Du module d'entrée au module processeur (suppression des interférences d'entrée et de bus).
Du module processeur au module de sortie (suppression des interférences du bus).
Du module de sortie au module processeur (suppression des accusés de réception d'état, par exemple détection SC/OC).
Principe de fonctionnement
Le fonctionnement principal du système HIQuad X tourne autour de son architecture matérielle et de ses mécanismes de sécurité.
Flux et traitement du signal :
Côté entrée : les signaux des capteurs de terrain sont connectés aux modules d'E/S de sécurité (par exemple, le module F 3237 DI). Les modules d'E/S communiquent via le bus d'E/S avec le module de traitement d'E/S F-IOP 01 dans leur rack respectif.
Traitement des données : Le module F-IOP 01 échange des données avec les modules processeur F-CPU 01 du rack de base via les bus système redondants (A et B). Le F-CPU 01 utilise une architecture interne 1oo2 dans laquelle deux cœurs de processeur lisent cycliquement les données d'entrée, exécutent le programme utilisateur et comparent les résultats.
Côté sortie : les modules processeur renvoient les résultats du traitement via les bus système au module F-IOP 01, qui les transmet ensuite via le bus E/S aux modules de sortie (par exemple, le module F 3330 DO), contrôlant ainsi les actionneurs de terrain. Le F-IOP 01 est également responsable de la génération et de la surveillance du signal I/O Watchdog (WD). Les modules de sortie fonctionnent uniquement lorsque ce signal est présent (niveau haut) ; sinon, ils entrent dans un état sûr.
Mécanismes de sécurité :
Détection des défauts : le système effectue en permanence des autotests et des vérifications croisées à différents niveaux, notamment la comparaison des cœurs du processeur, les sommes de contrôle des communications, la surveillance de l'état des modules, la surveillance de l'alimentation électrique et la surveillance de la température.
État sûr : lors de la détection d'un défaut interne ou d'une commande externe (par exemple, arrêt d'urgence), le système suit le principe « désactiver pour déclencher », plaçant les sorties dans un état sûr prédéfini (généralement l'état hors tension).
Surveillance du temps : le temps de sécurité est le temps de réponse maximum autorisé pour le processus. Le temps de surveillance est la durée maximale autorisée pour le cycle du processeur ; en cas de dépassement, le système déclenche une réaction de sécurité. Le temps de cycle est le temps réel nécessaire au processeur pour exécuter un cycle de programme utilisateur. La configuration de ces timings est cruciale pour la sécurité et les performances du système.
Synchronisation de redondance :
Dans une configuration redondante, les deux modules processeurs synchronisent en permanence leur état interne et leurs données via les bus système.
En cas de panne du module processeur principal, le module de secours le détecte immédiatement et prend le contrôle, maintenant ainsi un fonctionnement sûr et continu du système, permettant une commutation transparente et une haute disponibilité.
Distribution d'énergie :
Le système est alimenté par une alimentation 24 VDC SELV/PELV. Les modules de distribution d'énergie (par exemple, K 7212) sont utilisés pour distribuer et protéger les circuits d'alimentation.
L'alimentation 5 V dans le rack de base est générée par les modules F-PWR 01 et distribuée via le fond de panier. L'alimentation 5 V pour les racks d'extension est fournie à partir du rack de base selon une topologie en étoile.
L'alimentation auxiliaire et de terrain 24 V pour les modules d'E/S est distribuée et protégée par des modules de distribution d'alimentation (F 7133), chaque F 7133 fournissant une protection par fusible pour 4 emplacements de module d'E/S.
Gestion thermique :
La conception du système prend en compte la dissipation thermique des composants électroniques. Une ventilation adéquate (convection naturelle ou refroidissement par air forcé) à l'intérieur de l'armoire de commande est nécessaire pour maintenir une température ambiante entre 0°C et +60°C.
Les modules intègrent des capteurs de température et l'état de la température peut être surveillé via des variables système. Des avertissements ou des erreurs sont signalés en cas de dépassement des seuils de température, bien que la surveillance de la température elle-même ne soit pas liée à la sécurité.
Domaines d'application
Le système HIQuad X est largement utilisé dans les industries ayant des exigences élevées en matière de sécurité et de disponibilité :
Chimie et pétrochimie : systèmes d'arrêt d'urgence (ESD), systèmes de gestion de brûleur (BMS), systèmes d'arrêt de processus.
Pétrole et gaz : contrôle des têtes de puits, systèmes de protection des pipelines, systèmes de sécurité des plateformes offshore.
Production d'énergie : contrôle de turbine, systèmes de déclenchement d'urgence.
Métaux : Systèmes de sécurité pour hauts fourneaux, Contrôles de broyeurs.
Transport ferroviaire : systèmes de contrôle de signalisation (sous réserve des normes applicables).
Automatisation Générale d'Usine : Commandes de sécurité des machines (jusqu'à PL e).
Systèmes de détection d'incendie et de gaz : utilisant des modules d'entrée analogiques certifiés.
