Tác giả: Site Editor Thời gian xuất bản: 2025-09-11 Nguồn gốc: Địa điểm
HIQuad X là một hệ thống điện tử lập trình liên quan đến an toàn (PES) cải tiến, hiệu suất cao được phát triển bởi HIMA, được xây dựng trên nền tảng hệ thống HIQuad đã được chứng minh. Nó được thiết kế cho các ứng dụng quan trọng về an toàn lên đến SIL 3 (IEC 61508) và PL e (EN ISO 13849), đồng thời có các đặc tính sẵn sàng cao. HIQuad X phù hợp cho các nhiệm vụ điều khiển khác nhau trong ngành công nghiệp chế biến và tự động hóa nhà máy, đặc biệt xuất sắc trong các cơ sở sản xuất. Hệ thống sử dụng thiết kế mô-đun, hỗ trợ cấu hình linh hoạt và có thể được lập trình, định cấu hình, giám sát, vận hành và ghi lại bằng công cụ kỹ thuật SILworX® hoàn thiện của HIMA.
Cấu trúc và họ hệ thống
HIQuad X bao gồm hai dòng hệ thống: H51X và H41X. Chúng sử dụng các mô-đun giống hệt nhau nhưng khác nhau về cấu trúc và khả năng mở rộng:
HIQuad H51X:
Cấu trúc: Tính mô-đun cao.
Giá đỡ cơ sở: 1 (không chứa mô-đun I/O).
Giá đỡ mở rộng: Tối đa 16.
Mô-đun bộ xử lý (F-CPU 01): 1 hoặc 2.
Mô-đun xử lý I/O (F-IOP 01): 1 trên mỗi giá mở rộng.
Mô-đun Truyền thông (F-COM 01): Tối đa 10 trong giá đỡ cơ sở.
Mô-đun I/O trên mỗi Giá mở rộng: 16.
Tổng số mô-đun I/O: Lên tới 256.
HIQuad H41X:
Cấu trúc: Mô-đun.
Giá đỡ cơ sở: 1 (có thể chứa tối đa 12 mô-đun I/O).
Giá đỡ mở rộng: Tối đa 1.
Mô-đun bộ xử lý (F-CPU 01): 1 hoặc 2.
Mô-đun xử lý I/O (F-IOP 01): 1 ở giá đỡ cơ sở, 1 ở giá mở rộng.
Mô-đun Truyền thông (F-COM 01): Tối đa 2 trong giá đỡ.
Mô-đun I/O trên mỗi Giá mở rộng: 16.
Tổng số mô-đun I/O: Lên tới 28.
Những khác biệt này cho phép người dùng chọn nền tảng hệ thống phù hợp nhất dựa trên các yêu cầu ứng dụng cụ thể về số lượng I/O và tính khả dụng.
Tính năng cốt lõi
1. An toàn và chứng nhận
Hệ thống HIQuad X được thiết kế cho các ứng dụng an toàn tuân thủ cả hai nguyên tắc 'Ngắt năng lượng cho chuyến đi' và 'Thêm năng lượng cho chuyến đi'. Các tính năng an toàn cốt lõi của nó bao gồm:
Mức độ toàn vẹn an toàn (SIL): Hỗ trợ lên tới SIL 3 (IEC 61508), PL e (ISO 13849).
Chứng nhận: Hệ thống và các mô-đun I/O của nó được chứng nhận theo nhiều tiêu chuẩn quốc tế khác nhau (xem Sổ tay An toàn HI 803 209 E), bao gồm cả việc sử dụng trong hệ thống báo cháy (tuân thủ DIN EN 54-2 và NFPA 72) và phù hợp để lắp đặt trong các khu vực nguy hiểm Vùng 2.
Kiến trúc 1oo2: Các mô-đun bộ xử lý liên quan đến an toàn (F-CPU 01) và các mô-đun xử lý I/O (F-IOP 01) kết hợp hệ thống bộ xử lý 1oo2 (một trong hai) bên trong. Hai lõi vi xử lý liên tục đồng bộ hóa và so sánh dữ liệu, đảm bảo hoạt động không an toàn.
Giao tiếp liên quan đến an toàn: Hỗ trợ giao tiếp liên quan đến an toàn thông qua giao thức safeethernet.
2. Tính sẵn sàng và dự phòng cao
Hệ thống cung cấp nhiều tùy chọn dự phòng nhằm tối đa hóa tính khả dụng của hệ thống (Lưu ý: Tính dự phòng làm tăng tính khả dụng, không phải Mức độ toàn vẹn an toàn - SIL):
Dự phòng bộ xử lý: Có thể được cấu hình với hai mô-đun bộ xử lý F-CPU 01 dự phòng. Nếu một mô-đun bị lỗi, hệ thống sẽ tự động chuyển sang mô-đun khác để duy trì hoạt động an toàn. Mô-đun bị lỗi có thể được thay thế trong quá trình vận hành hệ thống (có thể thay thế nóng ở chế độ dự phòng).
Dự phòng bus hệ thống: Hệ thống dựa vào hai bus hệ thống độc lập (A và B) để liên lạc. Trong cấu hình dự phòng, cả hai bus đều hoạt động đồng thời. Sự cố của một bus không ảnh hưởng đến hoạt động của hệ thống.
Dự phòng mô-đun I/O: Hỗ trợ dự phòng mô-đun (hai mô-đun I/O cùng loại tạo thành một nhóm dự phòng) và dự phòng kênh (ghép nối các số kênh giống hệt nhau trong các mô-đun dự phòng). Để nâng cao tính khả dụng, các mô-đun dự phòng nên được lắp đặt ở các giá đỡ khác nhau.
Dự phòng nguồn điện: Hỗ trợ kết nối với các bộ nguồn 24 VDC dự phòng, đảm bảo nguồn điện sẵn có ở mức cao. Các mô-đun đệm tùy chọn (F-PWR 02) có thể được sử dụng để bù cho sự sụt giảm điện áp vượt quá 20ms.
3. Thiết kế mô-đun và khả năng mở rộng
Hệ thống sử dụng cấu trúc giá đỡ 19 inch tiêu chuẩn, mang lại tính linh hoạt cao:
Base Rack: Chứa bảng nối đa năng để cài đặt các mô-đun bộ xử lý, mô-đun giao tiếp, mô-đun nguồn điện (H41X còn bao gồm các mô-đun I/O).
Giá đỡ mở rộng: Sử dụng giá đỡ mở rộng F-BASE RACK 11, hệ thống H51X có thể được mở rộng lên tới 16 giá đỡ, mỗi giá đỡ có khả năng chứa 16 mô-đun I/O và một mô-đun F-IOP 01, tăng đáng kể công suất I/O.
Các loại mô-đun: Hệ thống hỗ trợ nhiều loại mô-đun, bao gồm:
F-CPU 01: Mô-đun bộ xử lý an toàn.
F-IOP 01: Mô-đun xử lý I/O, kết nối bus hệ thống với bus I/O.
F-COM 01: Module giao tiếp, cung cấp 2 giao diện Ethernet và 1 giao diện fieldbus.
F-PWR 01: Mô-đun cấp nguồn 24VDC/5VDC.
F-PWR 02: Mô-đun đệm 24VDC.
Các mô-đun I/O khác nhau: Bao gồm Đầu vào/Đầu ra kỹ thuật số (DI/DO), Đầu vào/Đầu ra tương tự (AI/AO), Đầu ra rơle, mô-đun bộ đếm, v.v., phục vụ cho cả ứng dụng liên quan đến an toàn và không liên quan đến an toàn.
4. Khả năng giao tiếp
Hệ thống giao tiếp với hệ thống bên ngoài thông qua module F-COM 01:
Giao thức an toàn: Hỗ trợ giao thức an toàn safeethernet của HIMA.
Giao thức tiêu chuẩn: Hỗ trợ các giao thức truyền thông công nghiệp tiêu chuẩn khác nhau (yêu cầu cấp phép), chẳng hạn như Modbus. Dự phòng giao tiếp phải được quản lý thông qua chương trình người dùng hoặc bằng chính giao thức cụ thể (ví dụ: Modbus Slave).
Kết nối kỹ thuật: Có thể kết nối tối đa 5 Công cụ lập trình và gỡ lỗi (PADT) qua giao diện Ethernet (RJ-45), nhưng chỉ một công cụ có thể có quyền truy cập ghi vào bất kỳ thời điểm nào.
5. Chẩn đoán và bảo trì
Hệ thống cung cấp các chức năng chẩn đoán toàn diện để khắc phục sự cố và bảo trì nhanh chóng:
Đèn chỉ báo LED: Mỗi mặt trước của mô-đun đều có đèn LED hiển thị trạng thái hoạt động, lỗi, trạng thái giao tiếp, v.v.
Lịch sử chẩn đoán: Các mô-đun F-CPU, F-IOP và F-COM có bộ đệm lịch sử chẩn đoán tích hợp (bộ đệm vòng) ghi lại các sự kiện, lỗi và cảnh báo của hệ thống, được phân loại thành chẩn đoán ngắn hạn và dài hạn. Điều này có thể được xem và phân tích bằng công cụ SILworX.
Chẩn đoán trực tuyến: Trong chế độ xem trực tuyến SILworX, trạng thái mô-đun được hiển thị trực quan thông qua thay đổi màu sắc (ví dụ: màu đỏ đối với các lỗi nghiêm trọng, màu vàng đối với cảnh báo) và có thể xem thông tin trạng thái chi tiết.
Giám sát biến hệ thống: Cung cấp các biến hệ thống mở rộng (ví dụ: trạng thái nhiệt độ, trạng thái nguồn điện, thời gian chu kỳ, bộ đếm lỗi) có thể được sử dụng trong chương trình người dùng hoặc cho mục đích giám sát.
6. Lập trình và cấu hình
Kỹ thuật hệ thống được thực hiện bằng SILworX:
Ngôn ngữ lập trình: Hỗ trợ các ngôn ngữ lập trình tuân thủ tiêu chuẩn IEC 61131-3.
Quản lý biến: Hỗ trợ các biến cục bộ và toàn cầu. Các biến có thể được gán giá trị ban đầu, thuộc tính Giữ lại (RETAIN), v.v.
Tham số và biến hệ thống: Cung cấp nhiều tham số hệ thống (để định cấu hình hành vi của bộ điều khiển, ví dụ: Thời gian an toàn, Thời gian giám sát) và các biến hệ thống (để lấy thông tin trạng thái hệ thống), có thể truy cập ở các cấp độ khác nhau như tài nguyên và phần cứng.
Chức năng cưỡng bức: Cho phép người dùng ghi đè giá trị hiện tại của các biến nhằm mục đích thử nghiệm và mô phỏng. Giới hạn thời gian và quyền truy cập để buộc có thể được đặt để đảm bảo sử dụng an toàn.
Quản lý người dùng: Cung cấp quản lý người dùng hai cấp: PADT (quyền truy cập dự án) và PES (quyền truy cập bộ điều khiển). Các nhóm người dùng và quyền khác nhau (ví dụ: Chỉ đọc, Người vận hành, Đọc + Ghi, Quản trị viên) có thể được xác định, tăng cường bảo mật hệ thống.
7. Loại bỏ tiếng ồn
Để cải thiện khả năng miễn nhiễm của hệ thống chống lại nhiễu nhất thời, HIQuad X cung cấp chức năng loại bỏ tiếng ồn:
Chức năng: Ngăn chặn nhiễu nhất thời trên các bus hoặc mô-đun I/O, duy trì giá trị hợp lệ cuối cùng trong khoảng thời gian được định cấu hình để ngăn hệ thống chuyển nhầm sang trạng thái an toàn do nhiễu ngắn hạn, từ đó tăng tính khả dụng.
Cấu hình: Thời gian loại bỏ tiếng ồn hiệu quả phụ thuộc vào Thời gian an toàn, Thời gian giám sát và Thời gian chu kỳ (Thời gian loại bỏ tiếng ồn tối đa = Thời gian an toàn - (2 x Thời gian giám sát)). Nó có thể được cấu hình cho các mô-đun I/O trong SILworX.
Hướng hiệu quả: Tính năng loại bỏ tiếng ồn có thể hoạt động theo các hướng khác nhau:
Từ mô-đun đầu vào đến mô-đun bộ xử lý (triệt tiêu nhiễu đầu vào và bus).
Từ mô-đun bộ xử lý đến mô-đun đầu ra (triệt tiêu nhiễu bus).
Từ mô-đun đầu ra đến mô-đun bộ xử lý (loại bỏ các xác nhận trạng thái, ví dụ: phát hiện SC/OC).
Nguyên tắc làm việc
Hoạt động cốt lõi của hệ thống HIQuad X xoay quanh kiến trúc phần cứng và cơ chế an toàn.
Luồng tín hiệu và xử lý:
Phía đầu vào: Tín hiệu cảm biến trường được kết nối với mô-đun I/O an toàn (ví dụ: mô-đun F 3237 DI). Các mô-đun I/O giao tiếp qua bus I/O với mô-đun xử lý I/O F-IOP 01 trong giá đỡ tương ứng của chúng.
Xử lý dữ liệu: Mô-đun F-IOP 01 trao đổi dữ liệu với mô-đun bộ xử lý F-CPU 01 trong giá đỡ cơ sở thông qua các bus hệ thống dự phòng (A và B). F-CPU 01 sử dụng kiến trúc 1oo2 bên trong trong đó hai lõi xử lý đọc dữ liệu đầu vào theo chu kỳ, thực thi chương trình người dùng và so sánh kết quả.
Phía đầu ra: Các mô-đun bộ xử lý gửi kết quả xử lý trở lại qua các bus hệ thống tới mô-đun F-IOP 01, sau đó truyền chúng qua bus I/O đến các mô-đun đầu ra (ví dụ: mô-đun F 3330 DO), từ đó điều khiển các bộ truyền động trường. F-IOP 01 cũng chịu trách nhiệm tạo và giám sát tín hiệu I/O Watchdog (WD). Mô-đun đầu ra chỉ hoạt động khi có tín hiệu này (mức cao); nếu không, họ sẽ vào trạng thái an toàn.
Cơ chế an toàn:
Phát hiện lỗi: Hệ thống liên tục thực hiện các hoạt động tự kiểm tra và kiểm tra chéo ở nhiều cấp độ khác nhau, bao gồm so sánh lõi bộ xử lý, kiểm tra tổng giao tiếp, giám sát trạng thái mô-đun, giám sát nguồn điện và giám sát nhiệt độ.
Trạng thái an toàn: Khi phát hiện lỗi bên trong hoặc lệnh bên ngoài (ví dụ: dừng khẩn cấp), hệ thống tuân theo nguyên tắc 'ngắt điện để ngắt', đặt đầu ra vào trạng thái an toàn được xác định trước (thường là trạng thái ngắt điện).
Giám sát thời gian: Thời gian an toàn là thời gian phản hồi tối đa được phép cho quy trình. Thời gian giám sát là thời lượng tối đa được phép cho chu kỳ xử lý; nếu vượt quá, hệ thống sẽ kích hoạt phản ứng an toàn. Thời gian chu kỳ là thời gian thực tế mà bộ xử lý cần để thực hiện một chu kỳ chương trình của người dùng. Cấu hình của các bộ định thời này rất quan trọng đối với hiệu suất và an toàn của hệ thống.
Đồng bộ hóa dự phòng:
Trong cấu hình dự phòng, hai mô-đun bộ xử lý liên tục đồng bộ hóa trạng thái và dữ liệu bên trong của chúng thông qua các bus hệ thống.
Nếu mô-đun bộ xử lý chính bị lỗi, mô-đun dự phòng sẽ ngay lập tức phát hiện điều này và nắm quyền kiểm soát, duy trì hoạt động an toàn liên tục của hệ thống, cho phép chuyển đổi liền mạch và tính sẵn sàng cao.
Phân phối điện:
Hệ thống được cấp nguồn bằng nguồn điện 24 VDC SELV/PELV. Các mô-đun phân phối điện (ví dụ K 7212) được sử dụng để phân phối và bảo vệ các mạch điện.
Nguồn điện 5V trong giá đỡ được tạo ra bởi các mô-đun F-PWR 01 và được phân phối qua bảng nối đa năng. Nguồn 5V cho giá đỡ mở rộng được cung cấp từ giá đỡ cơ sở theo cấu trúc liên kết hình sao.
Nguồn điện trường và phụ trợ 24V cho mô-đun I/O được phân phối và bảo vệ bởi các mô-đun phân phối nguồn (F 7133), với mỗi F 7133 cung cấp bảo vệ hợp nhất cho 4 khe cắm mô-đun I/O.
Quản lý nhiệt:
Thiết kế hệ thống có tính đến khả năng tản nhiệt từ các linh kiện điện tử. Cần có hệ thống thông gió đầy đủ (đối lưu tự nhiên hoặc làm mát không khí cưỡng bức) trong tủ điều khiển để duy trì nhiệt độ môi trường trong khoảng từ 0°C đến +60°C.
Các mô-đun kết hợp cảm biến nhiệt độ và trạng thái nhiệt độ có thể được theo dõi thông qua các biến hệ thống. Cảnh báo hoặc lỗi sẽ được đưa ra nếu vượt quá ngưỡng nhiệt độ, mặc dù bản thân việc giám sát nhiệt độ không liên quan đến an toàn.
Lĩnh vực ứng dụng
Hệ thống HIQuad X được sử dụng rộng rãi trong các ngành có yêu cầu cao về tính an toàn và sẵn sàng:
Hóa chất và Hóa dầu: Hệ thống dừng khẩn cấp (ESD), Hệ thống quản lý đầu đốt (BMS), Hệ thống dừng quy trình.
Dầu khí: Kiểm soát đầu giếng, Hệ thống bảo vệ đường ống, Hệ thống an toàn nền tảng ngoài khơi.
Phát điện: Điều khiển tuabin, Hệ thống ngắt khẩn cấp.
Kim loại: Hệ thống an toàn cho lò cao, Điều khiển máy nghiền.
Vận tải đường sắt: Hệ thống kiểm soát tín hiệu (tuân theo các tiêu chuẩn liên quan).
Tự động hóa chung của nhà máy: Điều khiển máy an toàn (lên đến PL e).
Hệ thống phát hiện cháy & khí: Sử dụng các mô-đun đầu vào tương tự đã được chứng nhận.
Tham khảo:https://www.dex.cz/uploads/2019/09/System-manual-HIQuad-X.pdf
