Manual Sistem Hima HIQuad X

HIQuad X ialah sistem elektronik boleh atur cara (PES) berkaitan keselamatan yang inovatif dan berprestasi tinggi yang dibangunkan oleh HIMA, dibina di atas platform sistem HIQuad yang terbukti. Ia direka bentuk untuk aplikasi kritikal keselamatan sehingga SIL 3 (IEC 61508) dan PL e (EN ISO 13849), sambil turut menampilkan ciri ketersediaan tinggi. HIQuad X sesuai untuk pelbagai tugas kawalan dalam industri proses dan automasi kilang, terutamanya yang cemerlang dalam kemudahan proses. Sistem ini menggunakan reka bentuk modular, menyokong konfigurasi fleksibel, dan boleh diprogramkan, dikonfigurasikan, dipantau, dikendalikan dan didokumenkan menggunakan alat kejuruteraan SILworX® matang HIMA.

Keluarga Sistem dan Struktur

HIQuad X merangkumi dua keluarga sistem: H51X dan H41X. Mereka menggunakan modul yang sama tetapi berbeza dalam struktur dan keupayaan pengembangan:

• HIQuad H51X:

• Struktur: Sangat modular.

• Rak Asas: 1 (tidak mengandungi modul I/O).

• Rak Sambungan: Maksimum 16.

• Modul Pemproses (F-CPU 01): 1 atau 2.

• Modul Pemprosesan I/O (F-IOP 01): 1 setiap rak sambungan.

• Modul Komunikasi (F-COM 01): Sehingga 10 dalam rak asas.

• Modul I/O setiap Rak Sambungan: 16.

• Jumlah Modul I/O: Sehingga 256.

• HIQuad H41X:

• Struktur: Modular.

• Rak Asas: 1 (boleh memuatkan sehingga 12 modul I/O).

• Rak Sambungan: Maksimum 1.

• Modul Pemproses (F-CPU 01): 1 atau 2.

• Modul Pemprosesan I/O (F-IOP 01): 1 dalam rak asas, 1 dalam rak sambungan.

• Modul Komunikasi (F-COM 01): Sehingga 2 dalam rak asas.

• Modul I/O setiap Rak Sambungan: 16.

• Jumlah Modul I/O: Sehingga 28.

Perbezaan ini membolehkan pengguna memilih platform sistem yang paling sesuai berdasarkan keperluan aplikasi khusus untuk kiraan dan ketersediaan I/O.

Ciri Teras

1. Keselamatan dan Pensijilan

Sistem HIQuad X direka bentuk untuk aplikasi keselamatan yang mematuhi kedua-dua prinsip 'De-energize to Trip' dan 'Energize to Trip'. Ciri keselamatan terasnya termasuk:

• Tahap Integriti Keselamatan (SIL): Menyokong sehingga SIL 3 (IEC 61508), PL e (ISO 13849).

• Pensijilan: Sistem dan modul I/Onya diperakui mengikut pelbagai piawaian antarabangsa (lihat Manual Keselamatan HI 803 209 E), termasuk untuk digunakan dalam sistem penggera kebakaran (mematuhi DIN EN 54-2 dan NFPA 72) dan kesesuaian untuk dipasang di kawasan berbahaya Zon 2.

• Senibina 1oo2: Modul pemproses berkaitan keselamatan (F-CPU 01) dan modul pemprosesan I/O (F-IOP 01) menggabungkan sistem pemproses 1oo2 (satu daripada dua) dalaman. Dua teras mikropemproses menyegerak dan membandingkan data secara berterusan, memastikan operasi selamat gagal.

• Komunikasi Berkaitan Keselamatan: Menyokong komunikasi berkaitan keselamatan melalui protokol safeethernet.

2. Ketersediaan Tinggi dan Lebihan

Sistem ini menawarkan berbilang pilihan redundansi bertujuan untuk memaksimumkan ketersediaan sistem (Nota: Redundansi meningkatkan ketersediaan, bukan Tahap Integriti Keselamatan - SIL):

• Lebihan Pemproses: Boleh dikonfigurasikan dengan dua modul pemproses F-CPU 01 yang berlebihan. Jika satu modul gagal, sistem secara automatik bertukar kepada yang lain untuk mengekalkan operasi yang selamat. Modul yang rosak boleh diganti semasa operasi sistem (hot-swappable dalam mod redundansi).

• Lebihan Bas Sistem: Sistem ini bergantung pada dua bas sistem bebas (A dan B) untuk komunikasi. Dalam konfigurasi berlebihan, kedua-dua bas beroperasi secara serentak. Kegagalan satu bas tidak menjejaskan operasi sistem.

• Lebihan Modul I/O: Menyokong lebihan modul (dua modul I/O daripada jenis yang sama membentuk kumpulan lebihan) dan lebihan saluran (menggandingkan nombor saluran yang sama dalam modul berlebihan). Untuk meningkatkan ketersediaan, modul berlebihan harus dipasang di rak yang berbeza.

• Lebihan Bekalan Kuasa: Menyokong sambungan kepada unit bekalan kuasa 24 VDC yang berlebihan, memastikan ketersediaan bekalan kuasa yang tinggi. Modul penimbal pilihan (F-PWR 02) boleh digunakan untuk mengimbangi keciciran voltan melebihi 20ms.

3. Reka Bentuk dan Kebolehskalaan Modular

Sistem ini menggunakan struktur rak 19-inci standard, menawarkan fleksibiliti tinggi:

• Rak Pangkalan: Mengandungi satah belakang untuk memasang modul pemproses, modul komunikasi, modul bekalan kuasa (H41X juga termasuk modul I/O).

• Rak Sambungan: Menggunakan rak sambungan F-BASE RACK 11, sistem H51X boleh dikembangkan sehingga 16 rak, setiap satu mampu memuatkan 16 modul I/O dan satu modul F-IOP 01, meningkatkan kapasiti I/O dengan ketara.

• Jenis Modul: Sistem ini menyokong pelbagai jenis modul, termasuk:

• F-CPU 01: Modul Pemproses Keselamatan.

• F-IOP 01: Modul Pemprosesan I/O, menyambungkan bas sistem ke bas I/O.

• F-COM 01: Modul Komunikasi, menyediakan 2 antara muka Ethernet dan 1 antara muka bas medan.

• F-PWR 01: Modul Bekalan Kuasa 24VDC/5VDC.

• F-PWR 02: Modul Penampan 24VDC.

• Pelbagai Modul I/O: Termasuk Input/Output Digital (DI/DO), Input/Output Analog (AI/AO), Output Geganti, modul Kaunter, dsb., memenuhi kedua-dua aplikasi berkaitan keselamatan dan bukan berkaitan keselamatan.

4. Keupayaan Komunikasi

Sistem berkomunikasi dengan sistem luaran melalui modul F-COM 01:

• Protokol Keselamatan: Menyokong protokol keselamatan safeethernet HIMA.

• Protokol Standard: Menyokong pelbagai protokol komunikasi industri standard (pelesenan diperlukan), seperti Modbus. Lebihan komunikasi mesti diuruskan sama ada melalui program pengguna atau oleh protokol tertentu itu sendiri (cth, Modbus Slave).

• Sambungan Kejuruteraan: Sehingga 5 Alat Pengaturcaraan dan Nyahpepijat (PADT) boleh disambungkan melalui antara muka Ethernet (RJ-45), tetapi hanya satu boleh mempunyai akses tulis pada bila-bila masa.

5. Diagnostik dan Penyelenggaraan

Sistem ini menyediakan fungsi diagnostik yang komprehensif untuk penyelesaian masalah dan penyelenggaraan yang cepat:

• Penunjuk LED: Setiap plat hadapan modul menampilkan penunjuk LED yang menunjukkan status operasi, ralat, status komunikasi, dsb.

• Sejarah Diagnostik: Modul F-CPU, F-IOP dan F-COM mempunyai penampan sejarah diagnostik terbina dalam (penampan cincin) peristiwa sistem pengelogan, ralat dan amaran, yang dikategorikan ke dalam diagnostik jangka pendek dan jangka panjang. Ini boleh dilihat dan dianalisis menggunakan alat SILworX.

• Diagnostik Dalam Talian: Dalam paparan dalam talian SILworX, status modul dipaparkan secara intuitif melalui perubahan warna (cth, merah untuk kerosakan kritikal, kuning untuk amaran), dan maklumat status terperinci boleh dilihat.

• Pemantauan Pembolehubah Sistem: Menyediakan pembolehubah sistem yang luas (cth, keadaan suhu, status bekalan kuasa, masa kitaran, pembilang ralat) yang boleh digunakan dalam program pengguna atau untuk tujuan pemantauan.

6. Pengaturcaraan dan Konfigurasi

Kejuruteraan sistem dilakukan menggunakan SILworX:

• Bahasa Pengaturcaraan: Menyokong bahasa pengaturcaraan yang mematuhi piawaian IEC 61131-3.

• Pengurusan Pembolehubah: Menyokong pembolehubah tempatan dan global. Pembolehubah boleh diberikan nilai awal, atribut Retain (RETAIN), dsb.

• Parameter dan Pembolehubah Sistem: Menyediakan banyak parameter sistem (untuk mengkonfigurasi tingkah laku pengawal, cth, Masa Keselamatan, Masa Pengawas) dan pembolehubah sistem (untuk mendapatkan maklumat status sistem), boleh diakses pada tahap yang berbeza seperti sumber dan perkakasan.

• Fungsi Memaksa: Membenarkan pengguna mengatasi nilai semasa pembolehubah untuk tujuan ujian dan simulasi. Had masa dan kebenaran akses untuk memaksa boleh ditetapkan untuk memastikan penggunaan selamat.

• Pengurusan Pengguna: Menawarkan pengurusan pengguna dua peringkat: PADT (akses projek) dan PES (akses pengawal). Kumpulan pengguna dan kebenaran yang berbeza (cth, Baca sahaja, Operator, Baca+Tulis, Pentadbir) boleh ditakrifkan, meningkatkan keselamatan sistem.

7. Pengosongan Bunyi

Untuk meningkatkan imuniti sistem terhadap gangguan sementara, HIQuad X menyediakan fungsi pengosongan hingar:

• Fungsi: Menyekat gangguan sementara pada bas atau modul I/O, mengekalkan nilai sah terakhir untuk masa yang dikonfigurasikan untuk mengelakkan sistem daripada tersilap memasuki keadaan selamat akibat gangguan jangka pendek, dengan itu meningkatkan ketersediaan.

• Konfigurasi: Masa pengosongan hingar yang berkesan bergantung pada Masa Keselamatan, Masa Anjing Pemerhati dan Masa Kitaran (Masa Pengkosongan Bunyi Maksimum = Masa Keselamatan - (2 x Masa Pengawas)). Ia boleh dikonfigurasikan untuk modul I/O dalam SILworX.

• Arah Berkesan: Pengosongan hingar boleh bertindak dalam arah yang berbeza:

• Daripada modul input kepada modul pemproses (menindas gangguan input dan bas).

• Dari modul pemproses ke modul output (menindas gangguan bas).

• Daripada modul output kepada modul pemproses (menindas pengakuan status, cth, pengesanan SC/OC).

Prinsip Kerja

Operasi teras sistem HIQuad X berkisar pada seni bina perkakasan dan mekanisme keselamatannya.

1. Aliran dan Pemprosesan Isyarat:

• Bahagian Input: Isyarat penderia medan disambungkan kepada modul I/O keselamatan (cth, modul F 3237 DI). Modul I/O berkomunikasi melalui bas I/O dengan modul pemprosesan F-IOP 01 I/O dalam rak masing-masing.

• Pemprosesan Data: Modul F-IOP 01 menukar data dengan modul pemproses F-CPU 01 dalam rak asas melalui bas sistem berlebihan (A dan B). F-CPU 01 menggunakan seni bina 1oo2 dalaman di mana dua teras pemproses membaca secara kitaran data input, melaksanakan program pengguna dan membandingkan hasil.

• Bahagian Output: Modul pemproses menghantar kembali hasil pemprosesan melalui bas sistem ke modul F-IOP 01, yang kemudian menghantarnya melalui bas I/O ke modul output (cth, modul F 3330 DO), dengan itu mengawal penggerak medan. F-IOP 01 juga bertanggungjawab untuk menjana dan memantau isyarat I/O Watchdog (WD). Modul output hanya beroperasi apabila isyarat ini hadir (tahap tinggi); jika tidak, mereka memasuki keadaan selamat.

2. Mekanisme Keselamatan:

• Pengesanan Kerosakan: Sistem secara berterusan melakukan ujian kendiri dan semakan silang pada pelbagai peringkat, termasuk perbandingan teras pemproses, jumlah semakan komunikasi, pemantauan status modul, pemantauan bekalan kuasa dan pemantauan suhu.

• Keadaan Selamat: Setelah mengesan kerosakan dalaman atau arahan luaran (cth, hentian kecemasan), sistem mengikuti prinsip 'nyahtenaga untuk tersandung', meletakkan output ke dalam keadaan selamat yang telah ditetapkan (biasanya keadaan dinyahtenaga).

• Pemantauan Masa: Masa Keselamatan ialah masa tindak balas maksimum yang dibenarkan untuk proses. Masa Pengawas ialah tempoh maksimum yang dibenarkan untuk kitaran pemproses; jika melebihi, sistem mencetuskan tindak balas keselamatan. Masa Kitaran ialah masa sebenar yang diambil oleh pemproses untuk melaksanakan satu kitaran program pengguna. Konfigurasi pemasaan ini adalah penting untuk keselamatan dan prestasi sistem.

3. Penyegerakan Lebihan:

• Dalam konfigurasi berlebihan, kedua-dua modul pemproses terus menyegerakkan keadaan dalaman dan data melalui bas sistem.

• Jika modul pemproses utama gagal, modul siap sedia segera mengesan ini dan mengambil alih kawalan, mengekalkan operasi sistem yang selamat yang berterusan, membolehkan penukaran lancar dan ketersediaan tinggi.

4. Pengagihan Kuasa:

• Sistem ini dikuasakan oleh bekalan kuasa 24 VDC SELV/PELV. Modul pengagihan kuasa (cth, K 7212) digunakan untuk mengagihkan dan melindungi litar kuasa.

• Bekalan kuasa 5V dalam rak asas dijana oleh modul F-PWR 01 dan diedarkan melalui satah belakang. Kuasa 5V untuk rak sambungan dibekalkan daripada rak asas dalam topologi bintang.

• Kuasa tambahan dan medan 24V untuk modul I/O diedarkan dan dilindungi oleh modul pengagihan kuasa (F 7133), dengan setiap F 7133 menyediakan perlindungan bercantum untuk 4 slot modul I/O.

5. Pengurusan Terma:

• Reka bentuk sistem mempertimbangkan pelesapan haba daripada komponen elektronik. Pengudaraan yang mencukupi (konveksi semula jadi atau penyejukan udara paksa) dalam kabinet kawalan diperlukan untuk mengekalkan suhu ambien antara 0°C dan +60°C.

• Modul menggabungkan penderia suhu, dan status suhu boleh dipantau melalui pembolehubah sistem. Amaran atau ralat diisyaratkan jika ambang suhu melebihi, walaupun pemantauan suhu itu sendiri tidak berkaitan dengan keselamatan.

Kawasan Permohonan

Sistem HIQuad X digunakan secara meluas dalam industri dengan permintaan tinggi terhadap keselamatan dan ketersediaan:

• Kimia dan Petrokimia: Sistem Penutupan Kecemasan (ESD), Sistem Pengurusan Pembakar (BMS), Sistem Penutupan Proses.

• Minyak & Gas: Kawalan kepala telaga, Sistem perlindungan saluran paip, Sistem keselamatan platform luar pesisir.

• Penjanaan Kuasa: Kawalan turbin, Sistem perjalanan kecemasan.

• Logam: Sistem keselamatan untuk relau letupan, kawalan Kilang.

• Pengangkutan Rel: Sistem kawalan isyarat (tertakluk kepada piawaian yang berkaitan).

• Automasi Kilang Am: Kawalan mesin keselamatan (sehingga PL e).

• Sistem Pengesanan Kebakaran & Gas: Menggunakan modul input analog yang diperakui.

Rujukan：https://www.dex.cz/uploads/2019/09/System-manual-HIQuad-X.pdf