Elektronsko ranžiranje kod DeltaV S-sistema

Kod tradicionalne varijante kontrolnih sistema, podsistem ulazno/izlaznih modula (u daljem tekstu I/O modul) je integrisan sa karticama sa više ulaza u okviru arhitekture kontrolera. Kartice se dalje vezuju samo za jedan kontroler. Kako bi se uspešno definisao podsistem I/O modula, prethodno treba definisati sve strategije u samom kontroleru, nakon čega sledi ožičenje instrumenata u polju. Međutim, moguće je da se u kasnijoj fazi projekta pojavi potreba za izmenom namene ili izmenom već definisanog broja instrumenata (npr. umesto transmitera pritiska se uvede prekidač pritiska – te sada kao ulaz umesto AI se javlja DI, ili se u projektu dodaju novi skidovi ili nova instrumentacija). Tada bi trebalo uvesti nove kartice sa više ulaza i izmeniti projektnu dokumentaciju, uz prethodnu proveru slobodnih mesta u razvodnom ormanu za nove elemente, kao i kapaciteta kontrolera. Ove izmene zahtevaju dosta dodatnog fizičkog rada (rad na ponovnom ožičavanju) kao i materijalnih troškova za nabavku nove opreme.

Emerson Process Management je zbog povećanja fleksibilnosti u radu, kod DeltaV S-sistema uveo tzv. „I/O na zahtev“, čime se dopušta korisniku da sam bira tip I/O modula, bilo kada (u toku rada, u toku puštanja u rad, privremeno) bilo gde (u kontrolnoj sobi, opasnim zonama, odvojeno) u skladu sa svojim potrebama. Postoje četiri tipa I/O modula, sa sledećim karakteristikama:

• I/O moduli  sa tradicionalnim ožičenjem
• BUS – multidrop komunikacija
• Wireless komunikacija
• Elektronsko ranžiranje (novi i jedinstveni način povezivanja uređaja u polju sa DeltaV S-sistemom).

Kod elektronskog ranžiranja, kao i kod tradicionalnog ožičenja, sa polja od strane razvodnih kutija dolaze višežilni kablovi na jednu stranu terminala, dok između terminala i kartice nema ožičenja. Umesto toga se uvode individualni I/O kanali, koji se sastoje od karakterizacionih modula (CHARacterization Modules) i terminal bloka, koji se digitalno (busom) povezuju sa I/O karticom (CIOC), preko podnožnih ploča. Na kraju svake podnožne ploče se nalazi bus terminator. Na nosaču se nalaze redudantne I/O kartice (Charm I/O Cards – CIOC). (Slika 1).Individualni I/O kanali su konfigurabilni i na jednu CIOC karticu se može vezati 96 individualnih I/O kanala i to: 8 podnožnih ploča sa 12 individualnih kanala. Na nosaču sa CIOC karticama se takođe nalaze komunikacioni portovi Ethernet IOP ili Fiber Optic IOP za prenos podataka do kontrolera, kao i redudantno napajanje (24VDC) za CIOC, CHARM’s i instrumente u polju.  Kompletna komunikacija u okviru DeltaV S-sistema je redudantna. (CHARM-CIOC, CIOC-kontroler).

Karakterizacioni moduli (CHARM’s) (Slika 2) su komponente koje dopuštaju karakterizaciju bilo kog od navedenih tipova ulaza, tj. izlaza iz instrumenata u polju i to: AI 4-20 mA HART, RTD, Thermocouple / mV, AI 0-10 VDC Isolated, AO 4-20 mA HART, DI NAMUR, DI 24 VDC low-side sense (dry contact), DI 24 VDC Isolated, DO 24 VDC High Side, DO 100mA Energy Limited, DO 24 VDC Isolated, 24 VDC Power, DI 120 VAC Isolated, DI 230 VAC Isolated, DO VAC Isolated. CHARM sadrži pasivni A/D koverter (kod AO/AI CHARM-a, postoji i HART modem) kao i marker (karakterizator) signala. CHARM’s se umeću u terminal blokove po DIN šini na podnožnoj ploči bez posebnog zahteva za njihov redosled, sem što se preporučuje da AC signali budu odvojeni od DC signala.

Kada se CHARM umetne u terminal blok, a terminal blok u podnožnu ploču (nema povezivanja pomoću navojnih spojeva, što je jedna od prednosti), podatak sa CHARM-a se tada može očitati sa bilo kog kontrolera u  DeltaV S-sistemu, bez obzira gde se navedeni CHARM nalazi. Elektronskim ranžiranjem se izbegavaju ožičenja između terminala i kartica, što pojednostavljuje ugradnju, tj. eliminiše rad na ožičenju, čime se smanjuju šanse za ljudsku grešku. Sve komunikacije su redudantne,što povećava pouzdanost sistema. Izmene u projektu se mogu vršiti “u hodu” a i kasnije, što u ovom slučaju ne traži materijalne izdatke, niti postoji primetno vremensko kašnjenje radova zbog izmena. Pored toga, ukoliko jedan CHARM otkaže u radu, jednostavno se može zameniti u toku rada (bez potrebe da se sistem restartuje)  i to neće uticati na funkcionisanje drugih I/O modula, kao ni CIOC kartice. CHARM se može ukloniti ili zameniti u toku rada i u opasnoj Zoni 2. CHARM ima i zaštitnu funkciju i u slučaju prekoračenja vrednosti napona u strujnom kolu, ponaša se kao osigurač.

Karakterizacioni moduli CHARMs sa terminal blokovima i CIOC karticama mogu biti smešteni u razvodne kutije u polju, te se time eliminiše potreba za višežilnim kablovima, jer se dalje vrši povezivanje sa kontrolerima putem Ethernet ili FO kablova.

Postoji četiri tipa terminal blokova u zavisnosti od tipa CHARM-a i to: Standard terminal blok, Fused Injected Power terminal blok, Relay Output terminal Blok, Termopar / mV Terminal Block.

Standard terminal blok se može koristiti sa svakim tipom CHARM-a. Za dvožičnu instrumentaciju u polju je obezbeđeno napajanje iz strujne petlje koja se napaja preko internog 24 VDC (Slika 3).

Fused Injected Power terminal blok (Slika 4.) se koristi kod izolovanih diskretnih CHARM tipova (npr, DI 24VDC isolated CHARM, DI 230 VAC isolated CHARM, DO VAC isolated CHARM).

Tip DO 24 VDC High side CHARM se koristi zajedno sa Relay output terminal blok (primena: pokretanja solenoida, iz NC u NO položaj) (Slika 5).

Termopar / mV Terminal blok je namenjen za upotrebu kod izlaza iz termoparova (tip B, E, J, K, N, R, S, T) i milivoltnog izlaza mV (±20mA, ±50mA i ±100mA) (Slika 6.).

Terminal blokovi sadrže klinove koji su automatski podešeni u jedinstvenu poziciju umetnutog CHARMA, kako bi se sprečilo povezivanje nekompatibilnih CHARM-ova i terminal blokova u toku postupka održavanja. Klinovi se u početku nalaze u neutralnoj poziciji i podešavaju se kada se CHARM umetne. Ukoliko je potrebno, oni se mogu ručno resetovati na drugu poziciju, ukoliko je namena individualnog kanala izmenjena (druga vrsta ulaza, tj. izlaza).

I/O na zahtev kao i gore opisani koncept elektronskog ranžiranja nude uštedu u materijalu, vremenu  i fizičkom radu u izradi novih projekata, ali i dobro rešenje u projektima migracije kontrolnih sistema. I/O na zahtev izbegava isključivu zamenu konvencionalnih I/O modula, već u tom smislu nudi fleksibilnost i mogućnost izbora u odnosu na planirani budžet, uključujući potpunu prilagodljivost potrebama krajnjeg korisnika.