Autor: Edytor witryny Czas publikacji: 2025-09-11 Pochodzenie: Strona
HIQuad X to innowacyjny, wysokowydajny programowalny system elektroniczny (PES) związany z bezpieczeństwem, opracowany przez firmę HIMA i zbudowany na sprawdzonej platformie systemowej HIQuad. Został zaprojektowany do zastosowań krytycznych dla bezpieczeństwa do poziomu SIL 3 (IEC 61508) i PL e (EN ISO 13849), a jednocześnie charakteryzuje się wysoką dostępnością. HIQuad X nadaje się do różnych zadań kontrolnych w przemyśle procesowym i automatyce fabryk, szczególnie doskonale sprawdzając się w obiektach procesowych. System ma konstrukcję modułową, umożliwia elastyczną konfigurację i można go programować, konfigurować, monitorować, obsługiwać i dokumentować za pomocą dojrzałego narzędzia inżynierskiego SILworX® firmy HIMA.
Rodziny i struktura systemów
HIQuad X obejmuje dwie rodziny systemów: H51X i H41X. Wykorzystują identyczne moduły, ale różnią się budową i możliwościami rozbudowy:
HIQuad H51X:
Struktura: Wysoce modułowa.
Szafa podstawowa: 1 (nie zawiera modułów we/wy).
Regały rozszerzające: maksymalnie 16.
Moduły procesora (F-CPU 01): 1 lub 2.
Moduły przetwarzania we/wy (F-IOP 01): 1 na szafę rozszerzeń.
Moduły komunikacyjne (F-COM 01): Do 10 w szafie podstawowej.
Moduły we/wy na stelaż rozszerzeń: 16.
Całkowita liczba modułów we/wy: do 256.
HIQuad H41X:
Struktura: modułowa.
Szafa podstawowa: 1 (może pomieścić do 12 modułów we/wy).
Regały przedłużające: maksymalnie 1.
Moduły procesora (F-CPU 01): 1 lub 2.
Moduły przetwarzania we/wy (F-IOP 01): 1 w szafie podstawowej, 1 w szafie rozszerzającej.
Moduły komunikacyjne (F-COM 01): Do 2 w szafie podstawowej.
Moduły we/wy na stelaż rozszerzeń: 16.
Całkowita liczba modułów we/wy: do 28.
Różnice te pozwalają użytkownikom wybrać najbardziej odpowiednią platformę systemową w oparciu o specyficzne wymagania aplikacji dotyczące liczby wejść/wyjść i dostępności.
Podstawowe funkcje
1. Bezpieczeństwo i certyfikacja
System HIQuad X jest przeznaczony do zastosowań związanych z bezpieczeństwem, zgodnych z zasadami „Odłączenia zasilania w celu wyzwolenia” i „Włączenia zasilania w celu wyzwolenia”. Jego podstawowe funkcje bezpieczeństwa obejmują:
Poziom integralności bezpieczeństwa (SIL): Obsługuje do SIL 3 (IEC 61508), PL e (ISO 13849).
Certyfikacja: System i jego moduły I/O są certyfikowane zgodnie z różnymi międzynarodowymi normami (patrz Instrukcja bezpieczeństwa HI 803 209 E), w tym do stosowania w systemach sygnalizacji pożaru (zgodnych z DIN EN 54-2 i NFPA 72) oraz przydatności do montażu w strefach niebezpiecznych 2.
Architektura 1oo2: Moduły procesorowe związane z bezpieczeństwem (F-CPU 01) i moduły przetwarzania we/wy (F-IOP 01) zawierają wewnętrzny system procesorowy 1oo2 (jeden z dwóch). Dwa rdzenie mikroprocesora w sposób ciągły synchronizują i porównują dane, zapewniając niezawodne działanie.
Komunikacja związana z bezpieczeństwem: Obsługuje komunikację związaną z bezpieczeństwem za pośrednictwem protokołu SafeEthernet.
2. Wysoka dostępność i redundancja
System oferuje wiele opcji redundancji mających na celu maksymalizację dostępności systemu (Uwaga: Redundancja zwiększa dostępność, a nie poziom integralności bezpieczeństwa - SIL):
Redundancja procesora: Można skonfigurować z dwoma redundantnymi modułami procesora F-CPU 01. W przypadku awarii jednego modułu system automatycznie przełącza się na drugi, aby zachować bezpieczną pracę. Uszkodzony moduł można wymienić w trakcie pracy systemu (możliwość wymiany podczas pracy w trybie redundancji).
Redundancja magistrali systemowej: System opiera się na dwóch niezależnych magistralach systemowych (A i B) do komunikacji. W konfiguracji redundantnej obie magistrale działają jednocześnie. Awaria jednej magistrali nie ma wpływu na pracę systemu.
Redundancja modułów I/O: Obsługuje redundancję modułów (dwa moduły I/O tego samego typu tworzące grupę redundancji) i redundancję kanałów (łączenie identycznych numerów kanałów w modułach redundantnych). Aby zwiększyć dostępność, moduły redundantne należy instalować w różnych szafach.
Redundancja zasilacza: Obsługuje podłączenie do redundantnych zasilaczy 24 VDC, zapewniając wysoką dostępność zasilania. Opcjonalne moduły buforowe (F-PWR 02) mogą być użyte do kompensacji spadków napięcia przekraczających 20ms.
3. Modułowa konstrukcja i skalowalność
System wykorzystuje standardową konstrukcję stelaża 19-calowego, oferując dużą elastyczność:
Szafa podstawowa: Zawiera płytę montażową do instalowania modułów procesorów, modułów komunikacyjnych i modułów zasilania (H41X zawiera również moduły we/wy).
Szafy rozszerzające: Stosując kasety rozszerzające F-BASE RACK 11, system H51X można rozszerzyć nawet o 16 szaf, z których każda może pomieścić 16 modułów we/wy i jeden moduł F-IOP 01, co znacznie zwiększa pojemność we/wy.
Typy modułów: System obsługuje szeroką gamę typów modułów, w tym:
Różne moduły we/wy: w tym cyfrowe wejścia/wyjścia (DI/DO), analogowe wejścia/wyjścia (AI/AO), wyjścia przekaźnikowe, moduły liczników itp., przeznaczone zarówno do zastosowań związanych z bezpieczeństwem, jak i niezwiązanych z bezpieczeństwem.
4. Możliwości komunikacyjne
System komunikuje się z systemami zewnętrznymi poprzez moduły F-COM 01:
Protokoły bezpieczeństwa: Obsługuje protokół bezpieczeństwa SafeEthernet firmy HIMA.
Protokoły standardowe: Obsługuje różne standardowe protokoły komunikacji przemysłowej (wymagana licencja), takie jak Modbus. Redundancją komunikacji należy zarządzać albo poprzez program użytkownika, albo przez sam określony protokół (np. Modbus Slave).
Połączenie inżynieryjne: Za pośrednictwem interfejsów Ethernet (RJ-45) można podłączyć do 5 narzędzi do programowania i debugowania (PADT), ale w danym momencie tylko jedno może mieć dostęp do zapisu.
5. Diagnostyka i konserwacja
System zapewnia kompleksowe funkcje diagnostyczne umożliwiające szybkie rozwiązywanie problemów i konserwację:
Wskaźniki LED: Na płycie czołowej każdego modułu znajdują się wskaźniki LED pokazujące stan operacyjny, błędy, stan komunikacji itp.
Historia diagnostyczna: Moduły F-CPU, F-IOP i F-COM mają wbudowane bufory historii diagnostycznej (bufory pierścieniowe), rejestrujące zdarzenia systemowe, błędy i ostrzeżenia, podzielone na diagnostykę krótko- i długoterminową. Można to przeglądać i analizować za pomocą narzędzia SILworX.
Diagnostyka online: W widoku online SILworX status modułu jest intuicyjnie wyświetlany poprzez zmianę koloru (np. czerwony w przypadku usterek krytycznych, żółty w przypadku ostrzeżeń) i można przeglądać szczegółowe informacje o stanie.
Monitorowanie zmiennych systemowych: Zapewnia rozbudowane zmienne systemowe (np. stan temperatury, stan zasilania, czas cyklu, liczniki błędów), które można wykorzystać w programie użytkownika lub do celów monitorowania.
6. Programowanie i konfiguracja
Inżynieria systemów odbywa się przy użyciu SILworX:
Języki programowania: Obsługuje języki programowania zgodne z normą IEC 61131-3.
Zarządzanie zmiennymi: obsługuje zmienne lokalne i globalne. Zmiennym można przypisać wartości początkowe, zachować atrybuty (RETAIN) itp.
Parametry i zmienne systemowe: Zapewnia liczne parametry systemowe (do konfiguracji zachowania sterownika, np. czas bezpieczeństwa, czas nadzoru) i zmienne systemowe (do uzyskiwania informacji o stanie systemu), dostępne na różnych poziomach, takich jak zasoby i sprzęt.
Funkcja wymuszania: umożliwia użytkownikom zmianę bieżącej wartości zmiennych do celów testowych i symulacyjnych. Można ustawić limity czasowe i uprawnienia dostępu do wymuszania, aby zapewnić bezpieczne użytkowanie.
Zarządzanie użytkownikami: Oferuje dwupoziomowe zarządzanie użytkownikami: PADT (dostęp do projektu) i PES (dostęp do kontrolera). Można zdefiniować różne grupy użytkowników i uprawnienia (np. Tylko do odczytu, Operator, Odczyt+Zapis, Administrator), co zwiększa bezpieczeństwo systemu.
7. Wygaszanie szumu
Aby poprawić odporność systemu na przejściowe zakłócenia, HIQuad X zapewnia funkcję wyciszania szumów:
Funkcja: Tłumi przejściowe zakłócenia na magistralach lub modułach we/wy, utrzymując ostatnią prawidłową wartość przez skonfigurowany czas, aby zapobiec omyłkowemu przejściu systemu w stan bezpieczny na skutek krótkotrwałych zakłóceń, zwiększając w ten sposób dostępność.
Konfiguracja: Efektywny czas wygaszenia szumu zależy od czasu bezpieczeństwa, czasu watchdoga i czasu cyklu (maks. czas wygaszenia szumu = czas bezpieczeństwa - (2 x czas watchdoga)). Można go skonfigurować dla modułów I/O w SILworX.
Efektywny kierunek: Wygaszanie szumów może działać w różnych kierunkach:
Od modułu wejściowego do modułu procesora (tłumienie zakłóceń wejściowych i magistrali).
Od modułu procesora do modułu wyjściowego (tłumienie zakłóceń magistrali).
Od modułu wyjściowego do modułu procesora (blokowanie potwierdzeń stanu, np. detekcja SC/OC).
Zasada działania
Podstawowe działanie systemu HIQuad X opiera się na architekturze sprzętowej i mechanizmach bezpieczeństwa.
Przepływ i przetwarzanie sygnału:
Strona wejściowa: Sygnały czujników pola są podłączone do modułów we/wy bezpieczeństwa (np. moduł DI F 3237). Moduły we/wy komunikują się za pośrednictwem magistrali we/wy z modułem przetwarzającym we/wy F-IOP 01 w odpowiedniej szafie.
Przetwarzanie danych: Moduł F-IOP 01 wymienia dane z modułami procesorowymi F-CPU 01 w szafie podstawowej poprzez redundantne magistrale systemowe (A i B). F-CPU 01 wykorzystuje wewnętrzną architekturę 1oo2, w której dwa rdzenie procesora cyklicznie odczytują dane wejściowe, wykonują program użytkownika i porównują wyniki.
Strona wyjściowa: Moduły procesora wysyłają wyniki przetwarzania z powrotem poprzez magistrale systemowe do modułu F-IOP 01, który następnie przesyła je poprzez magistralę I/O do modułów wyjściowych (np. modułu F 3330 DO), kontrolując w ten sposób siłowniki polowe. F-IOP 01 jest również odpowiedzialny za generowanie i monitorowanie sygnału I/O Watchdog (WD). Moduły wyjściowe działają tylko wtedy, gdy występuje ten sygnał (wysoki poziom); w przeciwnym razie przejdą w stan bezpieczny.
Mechanizmy bezpieczeństwa:
Wykrywanie usterek: System w sposób ciągły przeprowadza autotesty i kontrole krzyżowe na różnych poziomach, w tym porównanie rdzenia procesora, sumy kontrolne komunikacji, monitorowanie stanu modułów, monitorowanie zasilania i monitorowanie temperatury.
Stan bezpieczny: Po wykryciu błędu wewnętrznego lub polecenia zewnętrznego (np. zatrzymania awaryjnego), system postępuje zgodnie z zasadą „odłączenia zasilania do wyłączenia”, ustawiając wyjścia w zdefiniowany wcześniej stan bezpieczny (zwykle stan bez zasilania).
Monitorowanie czasu: Czas bezpieczeństwa to maksymalny dozwolony czas reakcji procesu. Czas nadzoru to maksymalny dozwolony czas trwania cyklu procesora; po przekroczeniu system uruchamia reakcję bezpieczeństwa. Czas cyklu to rzeczywisty czas potrzebny procesorowi na wykonanie jednego cyklu programu użytkownika. Konfiguracja tych czasów ma kluczowe znaczenie dla bezpieczeństwa i wydajności systemu.
Synchronizacja redundancji:
W konfiguracji redundantnej dwa moduły procesorów w sposób ciągły synchronizują swój stan wewnętrzny i dane za pośrednictwem magistrali systemowych.
W przypadku awarii głównego modułu procesora, moduł rezerwowy natychmiast to wykrywa i przejmuje kontrolę, utrzymując ciągłą bezpieczną pracę systemu, umożliwiając płynne przełączanie i wysoką dostępność.
Dystrybucja mocy:
System zasilany jest z zasilacza SELV/PELV 24 VDC. Moduły dystrybucji mocy (np. K 7212) służą do rozdzielania i zabezpieczania obwodów mocy.
Zasilanie 5 V w szafie podstawowej jest generowane przez moduły F-PWR 01 i rozprowadzane poprzez płytę montażową. Zasilanie 5 V dla szaf rozszerzających jest dostarczane z szafy podstawowej w topologii gwiazdy.
Zasilanie pomocnicze i zewnętrzne 24 V dla modułów we/wy jest rozprowadzane i chronione przez moduły dystrybucji zasilania (F 7133), przy czym każdy F 7133 zapewnia zabezpieczenie bezpiecznikowe dla 4 gniazd modułów we/wy.
Zarządzanie ciepłem:
Projekt systemu uwzględnia odprowadzanie ciepła z elementów elektronicznych. Aby utrzymać temperaturę otoczenia w zakresie od 0°C do +60°C, wymagana jest odpowiednia wentylacja (konwekcja naturalna lub wymuszone chłodzenie powietrzem) w szafie sterowniczej.
Moduły zawierają czujniki temperatury, a stan temperatury można monitorować za pomocą zmiennych systemowych. W przypadku przekroczenia progów temperatury sygnalizowane są ostrzeżenia lub błędy, chociaż samo monitorowanie temperatury nie jest związane z bezpieczeństwem.
Obszary zastosowań
System HIQuad X znajduje szerokie zastosowanie w branżach o wysokich wymaganiach dotyczących bezpieczeństwa i dostępności:
Przemysł chemiczny i petrochemiczny: systemy awaryjnego wyłączania (ESD), systemy zarządzania palnikami (BMS), systemy wyłączania procesów.
Ropa i gaz: kontrola głowicy odwiertu, systemy ochrony rurociągów, systemy bezpieczeństwa platform morskich.
Wytwarzanie energii: sterowanie turbiną, systemy wyzwalania awaryjnego.
Metale: Systemy bezpieczeństwa dla wielkich pieców, Sterowanie młynami.
Transport kolejowy: Systemy sterowania sygnalizacją (z zastrzeżeniem odpowiednich norm).
Ogólna automatyka fabryczna: Sterowanie maszynami zabezpieczającymi (do PL e).
Systemy wykrywania pożaru i gazu: wykorzystujące certyfikowane moduły wejść analogowych.
